論文の概要: A Robust Large-Period Discrete Time Crystal and its Signature in a Digital Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.11560v3
- Date: Tue, 19 Aug 2025 17:56:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-20 15:36:31.267905
- Title: A Robust Large-Period Discrete Time Crystal and its Signature in a Digital Quantum Computer
- Title（参考訳）: ディジタル量子コンピュータにおけるロバスト大周期離散時間結晶とその符号
- Authors: Tianqi Chen, Ruizhe Shen, Ching Hua Lee, Bo Yang, Raditya Weda Bomantara,
- Abstract要約: 我々は、より非自明な周期四重奏法DTC(4T$-DTCs)をサポートする二層粒子の相互作用系を開発する。
このような4T$-DTCの明確なシグネチャを量子プロセッサで観測する。
本研究は, 標準周期双曲力学を超越した時間結晶性の明確な実現を示すことによって, 時間結晶挙動のランドスケープを拡張した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.078842654618816
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Discrete time crystals (DTCs) are novel out-of-equilibrium quantum states of matter which break time translational symmetry. DTCs have been extensively realized in experiments, particularly their subclass that is characterized by period-doubling dynamics due to its natural occurrence in a system of periodically driven two-level, e.g., spin-1/2, particles. The realization of DTCs beyond period-doubling, including their generalizations termed discrete quasicrystals has also been made in recent years, though such experiments typically involve higher spin particles. Constructing and observing DTCs beyond period-doubling in systems of two-level particles are generally still considered an open challenge due to the latter's $\mathbb{Z}_2$ symmetry that natively only leads to period-doubling. In this work, we developed an intuitive interacting system of two-level particles (qubits) that supports the more non-trivial period-quadrupling DTCs ($4T$-DTCs). Remarkably, by utilizing a variational algorithm, we are able to observe clear signatures of such $4T$-DTCs in a quantum processor despite the presence of considerable noise and the small number of available qubits. Our findings extend the landscape of time crystalline behavior by demonstrating a distinct realization of time crystallinity beyond standard period-doubling dynamics with qubits (two-level particles) on a NISQ-era digital quantum computer, as well as the potential of existing noisy intermediate-scale quantum devices for simulating exotic non-equilibrium quantum states of matter.
- Abstract（参考訳）: 離散時間結晶(DTCs)は、時間変換対称性を破る物質の非平衡量子状態である。
DTCは、特に、周期的に駆動される2段階の粒子eg, spin-1/2の系において、その自然発生による周期拡散ダイナミクスによって特徴づけられるサブクラスにおいて、広範囲に実現されてきた。
離散準結晶と呼ばれる一般化を含む周期共振以外のDTCの実現も近年行われてきたが、そのような実験は一般的により高いスピン粒子を含む。
2レベル粒子の系における周期共役以外のDTCの構成と観測は、一般に、周期共役にのみ帰結する後者の$\mathbb{Z}_2$対称性のため、一般には未解決の課題であると考えられている。
本研究では,より非自明なDTC(4T$-DTC)をサポートする2レベル粒子(量子ビット)の直感的な相互作用システムを開発した。
興味深いことに、変動アルゴリズムを利用することで、かなりのノイズと少ない量子ビットが存在するにもかかわらず、そのような4T$-DTCの明確なシグネチャを量子プロセッサで観測することができる。
我々の研究は、NISQ時代のデジタル量子コンピュータ上での量子ビット(二レベル粒子)を用いた標準周期共振ダイナミクス以上の時間結晶性の明確な実現と、物質の非平衡量子状態をシミュレートする既存のノイズのある中間スケール量子デバイスの可能性を示すことによって、時間結晶の挙動のランドスケープを拡張した。
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