論文の概要: Observation of higher-order topological states on a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02179v2
- Date: Tue, 5 Sep 2023 07:09:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-07 06:26:10.037322
- Title: Observation of higher-order topological states on a quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上の高次位相状態の観測
- Authors: Jin Ming Koh, Tommy Tai, Ching Hua Lee
- Abstract要約: 我々は,NISQハードウェアを多次元凝縮物質系のシミュレーションに適したプラットフォームとして位置づけるアプローチを開発する。
量子鎖の指数関数的に大きいヒルベルト空間を十分に活用することにより、非局所多体相互作用の観点から高次元モデルを符号化した。
我々は,IBMトランスモンベースの量子コンピュータ上で,最大4次元の高次位相状態を実現することによって,我々のアプローチのパワーを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.498439320062193
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Programmable quantum simulators such as superconducting quantum processors
and ultracold atomic lattices represent rapidly developing emergent technology
that may one day qualitatively outperform existing classical computers. Yet,
apart from a few breakthroughs, the range of viable computational applications
with current-day noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices is still
significantly limited by gate errors, quantum decoherence, and the number of
high-quality qubits. In this work, we develop an approach that places NISQ
hardware as a particularly suitable platform for simulating multi-dimensional
condensed matter systems, including lattices beyond three dimensions which are
difficult to realize or probe in other settings. By fully exploiting the
exponentially large Hilbert space of a quantum chain, we encoded a
high-dimensional model in terms of non-local many-body interactions that can
further be systematically transcribed into quantum gates. We demonstrate the
power of our approach by realizing, on IBM transmon-based quantum computers,
higher-order topological states in up to four dimensions, which are exotic
phases that have never been realized in any quantum setting. With the aid of
in-house circuit compression and error mitigation techniques, we measured the
topological state dynamics and their protected mid-gap spectra to a high degree
of accuracy, as benchmarked by reference exact diagonalization data. The time
and memory needed with our approach scale favorably with system size and
dimensionality compared to exact diagonalization on classical computers.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサや超低温原子格子などのプログラム可能な量子シミュレータは、ある日既存の古典的コンピュータを質的に上回る可能性のある創発的な技術が急速に発達していることを示している。
しかし、いくつかのブレークスルーを除けば、現在のノイズの多い中間スケール量子(nisq)デバイスで実行可能な計算応用の範囲は、ゲートエラー、量子デコヒーレンス、高品質の量子ビット数によって依然として著しく制限されている。
本研究では,nisqハードウェアを多次元凝縮体系をシミュレートするのに適したプラットフォームとして位置づける手法を開発した。
量子鎖の指数的に大きなヒルベルト空間を十分に活用することにより、より体系的に量子ゲートに転写できる非局所多体相互作用の観点から高次元モデルを符号化した。
我々は,IBMトランスモンベースの量子コンピュータ上で,最大4次元の高次位相状態を実現することで,我々のアプローチのパワーを実証する。
室内回路の圧縮と誤差軽減技術を用いて, トポロジカルな状態ダイナミクスと保護された中ギャップスペクトルを高精度に測定し, 基準精度の対角化データでベンチマークした。
我々のアプローチに必要な時間とメモリは、古典的コンピュータの正確な対角化と比較すると、システムのサイズと寸法に好適にスケールする。
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