論文の概要: Observing topological zero modes on a 41-qubit superconducting processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.05341v1
- Date: Thu, 10 Nov 2022 04:56:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 19:42:10.942175
- Title: Observing topological zero modes on a 41-qubit superconducting processor
- Title（参考訳）: 41量子ビット超伝導プロセッサにおける位相零モードの観測
- Authors: Yun-Hao Shi, Yu Liu, Yu-Ran Zhang, Zhongcheng Xiang, Kaixuan Huang,
Tao Liu, Yong-Yi Wang, Jia-Chi Zhang, Cheng-Lin Deng, Gui-Han Liang,
Zheng-Yang Mei, Hao Li, Tian-Ming Li, Wei-Guo Ma, Hao-Tian Liu, Chi-Tong
Chen, Tong Liu, Ye Tian, Xiaohui Song, S. P. Zhao, Kai Xu, Dongning Zheng,
Franco Nori, and Heng Fan
- Abstract要約: 我々は、Aubry-Andr$acutetexte$-Harper (AAH) モデルに様々な種類のAubry-Andr$acutetexte$-Harper (AAH) モデルを構築する43量子ビット超伝導量子プロセッサを開発した。
垂直磁場下での2次元(2次元)電子ガスを予測したホフスタッター蝶エネルギースペクトルを実験的に実証した。
我々は,これまで実験的に観測されたことのないギャップレス複合AAHモデルにおいて,位相ゼロエネルギーエッジモードの存在を検証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.990199532365097
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Programming different exotic topological phases of quantum matter on a noisy
intermediate-scale quantum (NISQ) processor represents a practical advantage of
quantum simulation. The capabilities to perform accurate quantum operations and
addressable readouts on a hybrid analogue-digital quantum simulator enable to
program and characterise emergent topological states that are very challenging
in real materials. Here, we develop a one-dimensional (1D) 43-qubit
superconducting quantum processor, named as Chuang-tzu, to engineer different
types of Aubry-Andr$\acute{\text{e}}$-Harper (AAH) models. By engineering
instances of diagonal AAH models using up to 41 qubits, we experimentally
demonstrate the Hofstadter butterfly energy spectrum, predicted for a
two-dimensional (2D) electron gas under a perpendicular magnetic field. In
addition, we apply Floquet engineering to simulate gapless commensurate
off-diagonal AAH models, directly measure the band structures and witness the
localisation of a boundary excitation during its quantum walks (QWs). With the
bulk-edge correspondence, we verify the existence of topological zero-energy
edge modes in the gapless commensurate AAH models, which have never been
experimentally observed before. Remarkably, the qubit number over 40 in our
quantum processor is large enough to capture the substantial topological
features of a 1D quantum many-body system from its complex band structure,
including Dirac points, the energy gap's closing, the difference between the
even and odd number of sites, and the distinction between edge and bulk states.
Using a superconducting quantum processor assisted by highly controllable
Floquet engineering, our results establish a versatile hybrid simulation
approach to exploring quantum topological many-body systems in the NISQ era.
- Abstract（参考訳）: ノイズのある中間スケール量子(NISQ)プロセッサ上で、量子物質の異なるエキゾチック位相をプログラミングすることは、量子シミュレーションの実用的な利点である。
ハイブリッドアナログ-デジタル量子シミュレータ上で正確な量子演算とアドレス可能な読み出しを行う能力は、実際の材料で非常に困難な創発的トポロジカル状態のプログラムと特徴付けを可能にする。
ここでは,1次元(1次元)の43量子ビット超伝導量子プロセッサ chuang-tzu を開発し,様々な種類の aubry-andr$\acute{\text{e}}$-harper (aah) モデルを開発した。
最大41量子ビットの対角AAHモデルの工学例を用いて、垂直磁場下での2次元(2次元)電子ガスを予測したホフスタッター蝶エネルギースペクトルを実験的に実証した。
さらに,Floquet 技術を用いて,非対角方向のAAHモデルの空隙を模擬し,バンド構造を直接測定し,量子ウォーク(QWs)における境界励起の局所化を目撃する。
バルクエッジ対応では, これまでに実験的に観測されたことのないギャップレス複合AAHモデルにおいて, 位相ゼロエネルギーエッジモードの存在を検証する。
驚くべきことに、量子プロセッサの40以上の量子ビット数は、ディラック点、エネルギーギャップの閉ざし、偶数と奇数の違い、エッジとバルク状態の区別を含む複雑なバンド構造から、1次元量子多体系の実質的なトポロジー的特徴を捉えるのに十分な大きさである。
高制御性フロッケ工学によって支援された超伝導量子プロセッサを用いて,nisq時代の量子トポロジカル多体系を探索する汎用ハイブリッドシミュレーション手法を確立した。
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