論文の概要: Thermalization and Criticality on an Analog-Digital Quantum Simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.17385v2
- Date: Mon, 8 Jul 2024 18:10:27 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-10 23:11:39.367250
- Title: Thermalization and Criticality on an Analog-Digital Quantum Simulator
- Title（参考訳）: アナログデジタル量子シミュレータの熱化と臨界
- Authors: Trond I. Andersen, Nikita Astrakhantsev, Amir H. Karamlou, Julia Berndtsson, Johannes Motruk, Aaron Szasz, Jonathan A. Gross, Alexander Schuckert, Tom Westerhout, Yaxing Zhang, Ebrahim Forati, Dario Rossi, Bryce Kobrin, Agustin Di Paolo, Andrey R. Klots, Ilya Drozdov, Vladislav D. Kurilovich, Andre Petukhov, Lev B. Ioffe, Andreas Elben, Aniket Rath, Vittorio Vitale, Benoit Vermersch, Rajeev Acharya, Laleh Aghababaie Beni, Kyle Anderson, Markus Ansmann, Frank Arute, Kunal Arya, Abraham Asfaw, Juan Atalaya, Brian Ballard, Joseph C. Bardin, Andreas Bengtsson, Alexander Bilmes, Gina Bortoli, Alexandre Bourassa, Jenna Bovaird, Leon Brill, Michael Broughton, David A. Browne, Brett Buchea, Bob B. Buckley, David A. Buell, Tim Burger, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Anthony Cabrera, Juan Campero, Hung-Shen Chang, Zijun Chen, Ben Chiaro, Jahan Claes, Agnetta Y. Cleland, Josh Cogan, Roberto Collins, Paul Conner, William Courtney, Alexander L. Crook, Sayan Das, Dripto M. Debroy, Laura De Lorenzo, Alexander Del Toro Barba, Sean Demura, Paul Donohoe, Andrew Dunsworth, Clint Earle, Alec Eickbusch, Aviv Moshe Elbag, Mahmoud Elzouka, Catherine Erickson, Lara Faoro, Reza Fatemi, Vinicius S. Ferreira, Leslie Flores Burgos, Austin G. Fowler, Brooks Foxen, Suhas Ganjam, Robert Gasca, William Giang, Craig Gidney, Dar Gilboa, Marissa Giustina, Raja Gosula, Alejandro Grajales Dau, Dietrich Graumann, Alex Greene, Steve Habegger, Michael C. Hamilton, Monica Hansen, Matthew P. Harrigan, Sean D. Harrington, Stephen Heslin, Paula Heu, Gordon Hill, Markus R. Hoffmann, Hsin-Yuan Huang, Trent Huang, Ashley Huff, William J. Huggins, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Stephen Jordan, Chaitali Joshi, Pavol Juhas, Dvir Kafri, Hui Kang, Kostyantyn Kechedzhi, Trupti Khaire, Tanuj Khattar, Mostafa Khezri, Mária Kieferová, Seon Kim, Alexei Kitaev, Paul V. Klimov, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, John Mark Kreikebaum, David Landhuis, Brandon W. Langley, Pavel Laptev, Kim-Ming Lau, Loïck Le Guevel, Justin Ledford, Joonho Lee, Kenny Lee, Yuri D. Lensky, Brian J. Lester, Wing Yan Li, Alexander T. Lill, Wayne Liu, William P. Livingston, Aditya Locharla, Daniel Lundahl, Aaron Lunt, Sid Madhuk, Ashley Maloney, Salvatore Mandrà, Leigh S. Martin, Orion Martin, Steven Martin, Cameron Maxfield, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Seneca Meeks, Kevin C. Miao, Amanda Mieszala, Sebastian Molina, Shirin Montazeri, Alexis Morvan, Ramis Movassagh, Charles Neill, Ani Nersisyan, Michael Newman, Anthony Nguyen, Murray Nguyen, Chia-Hung Ni, Murphy Yuezhen Niu, William D. Oliver, Kristoffer Ottosson, Alex Pizzuto, Rebecca Potter, Orion Pritchard, Leonid P. Pryadko, Chris Quintana, Matthew J. Reagor, David M. Rhodes, Gabrielle Roberts, Charles Rocque, Eliott Rosenberg, Nicholas C. Rubin, Negar Saei, Kannan Sankaragomathi, Kevin J. Satzinger, Henry F. Schurkus, Christopher Schuster, Michael J. Shearn, Aaron Shorter, Noah Shutty, Vladimir Shvarts, Volodymyr Sivak, Jindra Skruzny, Spencer Small, W. Clarke Smith, Sofia Springer, George Sterling, Jordan Suchard, Marco Szalay, Alex Sztein, Douglas Thor, Alfredo Torres, M. Mert Torunbalci, Abeer Vaishnav, Sergey Vdovichev, Benjamin Villalonga, Catherine Vollgraff Heidweiller, Steven Waltman, Shannon X. Wang, Theodore White, Kristi Wong, Bryan W. Woo, Cheng Xing, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Bicheng Ying, Juhwan Yoo, Noureldin Yosri, Grayson Young, Adam Zalcman, Ningfeng Zhu, Nicholas Zobrist, Hartmut Neven, Ryan Babbush, Sergio Boixo, Jeremy Hilton, Erik Lucero, Anthony Megrant, Julian Kelly, Yu Chen, Vadim Smelyanskiy, Guifre Vidal, Pedram Roushan, Andreas M. Lauchli, Dmitry A. Abanin, Xiao Mi,
- Abstract要約: 本稿では,69個の超伝導量子ビットからなる量子シミュレータについて述べる。
古典的Kosterlitz-Thouless相転移のシグネチャと,Kibble-Zurekスケール予測からの強い偏差を観測する。
本システムは, 対角二量体状態でディジタル的に調製し, 熱化時のエネルギーと渦の輸送を画像化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 133.58336306417294
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Understanding how interacting particles approach thermal equilibrium is a major challenge of quantum simulators. Unlocking the full potential of such systems toward this goal requires flexible initial state preparation, precise time evolution, and extensive probes for final state characterization. We present a quantum simulator comprising 69 superconducting qubits which supports both universal quantum gates and high-fidelity analog evolution, with performance beyond the reach of classical simulation in cross-entropy benchmarking experiments. Emulating a two-dimensional (2D) XY quantum magnet, we leverage a wide range of measurement techniques to study quantum states after ramps from an antiferromagnetic initial state. We observe signatures of the classical Kosterlitz-Thouless phase transition, as well as strong deviations from Kibble-Zurek scaling predictions attributed to the interplay between quantum and classical coarsening of the correlated domains. This interpretation is corroborated by injecting variable energy density into the initial state, which enables studying the effects of the eigenstate thermalization hypothesis (ETH) in targeted parts of the eigenspectrum. Finally, we digitally prepare the system in pairwise-entangled dimer states and image the transport of energy and vorticity during thermalization. These results establish the efficacy of superconducting analog-digital quantum processors for preparing states across many-body spectra and unveiling their thermalization dynamics.
- Abstract（参考訳）: 相互作用粒子が熱平衡にどのように近づくかを理解することは、量子シミュレーターの大きな課題である。
このようなシステムの完全なポテンシャルをこの目標に向けて解き放つには、柔軟な初期状態の準備、正確な時間進化、そして最終状態のキャラクタリゼーションのための広範なプローブが必要である。
本稿では,69個の超伝導量子ビットからなる量子シミュレータについて述べる。
二次元(2次元)XY量子マグネットをエミュレートし,反強磁性初期状態からのランプ後の量子状態の研究に幅広い計測技術を利用する。
古典的Kosterlitz-Thouless相転移のシグネチャと、相関領域の量子的粗さと古典的粗さの相互作用に起因するKibble-Zurekスケーリング予測からの強い偏差を観察する。
この解釈は、可変エネルギー密度を初期状態に注入することで、固有状態熱化仮説(ETH)の効果を研究することができる。
最後に, 対角二量体状態でデジタル的にシステムを作成し, 熱化時のエネルギーと渦の輸送を画像化する。
これらの結果は、超伝導アナログデジタル量子プロセッサの多体スペクトルにおける状態の生成と熱化ダイナミクスの顕在化に対する有効性を確立した。
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