論文の概要: Quantum simulation of topological zero modes on a 41-qubit superconducting processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.05341v2
• Date: Fri, 14 Jul 2023 03:02:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-17 17:29:01.453421
• Title: Quantum simulation of 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量子シミュレーション
• 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: そこで我々は,一次元43量子ビット超伝導量子プロセッサChuang-tzuを開発した。 工学的対角線Aubry-Andr$acutemathrme$-Harper(AAH)モデルにより、ホフスタッターバターフライエネルギースペクトルを実験的に実証した。 フロケット工学を用いて, 対角線外AAHモデルにおけるトポロジカルゼロ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: Quantum simulation of different exotic topological phases of quantum matter on a noisy intermediate-scale quantum (NISQ) processor is attracting growing interest. Here, we develop a one-dimensional 43-qubit superconducting quantum processor, named as Chuang-tzu, to simulate and characterize emergent topological states. By engineering diagonal Aubry-Andr$\acute{\mathrm{e}}$-Harper (AAH) models, we experimentally demonstrate the Hofstadter butterfly energy spectrum. Using Floquet engineering, we verify the existence of the topological zero modes in the commensurate off-diagonal AAH models, which have never been experimentally realized before. Remarkably, the qubit number over 40 in our quantum processor is large enough to capture the substantial topological features of a quantum system from its complex band structure, including Dirac points, the energy gap's closing, the difference between even and odd number of sites, and the distinction between edge and bulk states. Our results establish a versatile hybrid quantum simulation approach to exploring quantum topological systems in the NISQ era.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)プロセッサ上での量子物質の異方性位相の量子シミュレーションが注目されている。 ここでは,創発的トポロジー状態をシミュレートし特徴付けるため,1次元43量子ビット超伝導量子プロセッサ chuang-tzu を開発した。 工学的対角線Aubry-Andr$\acute{\mathrm{e}}$-Harper (AAH)モデルにより、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する。 Floquet 工学を用いて,これまでに実験的に実現されたことのない非対角型 AAH モデルにおける位相零モードの存在を検証する。 驚くべきことに、量子プロセッサ内の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包、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量子システム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。 NISQ時代における量子トポロジカルシステム探索のための多用途ハイブリッド量子シミュレーション手法を確立した。

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