論文の概要: Exploring nontrivial topology at quantum criticality in a superconducting processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.04679v1
• Date: Wed, 08 Jan 2025 18:39:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-09 14:55:01.760659
• Title: Exploring nontrivial topology at quantum criticality in a superconducting processor
• Title（参考訳）: 超伝導プロセッサにおける量子臨界点における非自明なトポロジーの探索
• Authors: Ziqi Tan, Ke Wang, Sheng Yang, Fanhao Shen, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Yujie Ji, Shibo Xu, Jiachen Chen, Yaozu Wu, Chuanyu Zhang, Yu Gao, Ning Wang, Yiren Zou, Aosai Zhang, Tingting Li, Zehang Bao, Zitian Zhu, Jiarun Zhong, Zhengyi Cui, Yihang Han, Yiyang He, Han Wang, Jianan Yang, Yanzhe Wang, Jiayuan Shen, Gongyu Liu, Zixuan Song, Jinfeng Deng, Hang Dong, Pengfei Zhang, Shao-Kai Jian, Hekang Li, Zhen Wang, Qiujiang Guo, Chao Song, Xue-Jia Yu, H. Wang, Hai-Qing Lin, Fei Wu,
• Abstract要約: 超伝導プロセッサ上に100ドル相当の量子ビットを持つ低レベル臨界状態を作成することにより、臨界クラスターIsingモデルを実験的に探索する。 低エネルギー状態に基づいて境界$g$-関数を探索する効率的な手法を開発し,検討中の臨界系の非自明な位相を一意に同定する。 本研究は, トポロジと量子臨界の相互作用を研究する上で有用な量子資源として, 低層臨界状態を示すものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.278631632470628
• License:
• Abstract: The discovery of nontrivial topology in quantum critical states has introduced a new paradigm for classifying quantum phase transitions and challenges the conventional belief that topological phases are typically associated with a bulk energy gap. However, realizing and characterizing such topologically nontrivial quantum critical states with large particle numbers remains an outstanding experimental challenge in statistical and condensed matter physics. Programmable quantum processors can directly prepare and manipulate exotic quantum many-body states, offering a powerful path for exploring the physics behind these states. Here, we present an experimental exploration of the critical cluster Ising model by preparing its low-lying critical states on a superconducting processor with up to $100$ qubits. We develop an efficient method to probe the boundary $g$-function based on prepared low-energy states, which allows us to uniquely identify the nontrivial topology of the critical systems under study. Furthermore, by adapting the entanglement Hamiltonian tomography technique, we recognize two-fold topological degeneracy in the entanglement spectrum under periodic boundary condition, experimentally verifying the universal bulk-boundary correspondence in topological critical systems. Our results demonstrate the low-lying critical states as useful quantum resources for investigating the interplay between topology and quantum criticality.
• Abstract（参考訳）: 量子臨界状態における非自明なトポロジーの発見は、量子相転移を分類するための新しいパラダイムを導入し、トポロジー位相が通常バルクエネルギーギャップと関連しているという従来の信念に挑戦した。 しかし、そのような位相的に非自明な量子臨界状態を大きな粒子数で実現し、特徴づけることは、統計学的および凝縮物質物理学において顕著な実験的課題である。 プログラム可能な量子プロセッサは、エキゾチックな量子多体状態を直接準備し、操作することができ、これらの状態の背後にある物理を探索するための強力な経路を提供する。 ここでは,超伝導プロセッサ上に最大100ドルキュービットの低レベル臨界状態を作成することにより,臨界クラスターIsingモデルを実験的に検討する。 低エネルギー状態に基づいて境界$g$-関数を探索する効率的な手法を開発し,検討中の臨界系の非自明な位相を一意に同定する。 さらに, エンタングルメント・ハミルトントモグラフィー法の適用により, 周期的境界条件下でのエンタングルメントスペクトルの2倍のトポロジ的縮退を認め, トポロジ的臨界系の普遍的バルク境界対応を実験的に検証した。 本研究は, トポロジと量子臨界の相互作用を研究する上で有用な量子資源として, 低層臨界状態を示すものである。

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