論文の概要: Observation of topological prethermal strong zero modes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.04688v1
• Date: Wed, 08 Jan 2025 18:52:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-09 14:55:01.020766
• Title: Observation of topological prethermal strong zero modes
• Title（参考訳）: トポロジカル予熱強零モードの観測
• Authors: Feitong Jin, Si Jiang, Xuhao Zhu, Zehang Bao, Fanhao Shen, Ke Wang, Zitian Zhu, Shibo Xu, Zixuan Song, Jiachen Chen, Ziqi Tan, Yaozu Wu, Chuanyu Zhang, Yu Gao, Ning Wang, Yiren Zou, Aosai Zhang, Tingting Li, Jiarun Zhong, Zhengyi Cui, Yihang Han, Yiyang He, Han Wang, Jianan Yang, Yanzhe Wang, Jiayuan Shen, Gongyu Liu, Jinfeng Deng, Hang Dong, Pengfei Zhang, Weikang Li, Dong Yuan, Zhide Lu, Zheng-Zhi Sun, Hekang Li, Junxiang Zhang, Chao Song, Zhen Wang, Qiujiang Guo, Francisco Machado, Jack Kemp, Thomas Iadecola, Norman Y. Yao, H. Wang, Dong-Ling Deng,
• Abstract要約: 本稿では,創発的対称性によって保護される,異なるタイプの位相的エッジモードの観測について報告する。 特に、幅広い温度で30サイクル以上にわたって頑健な長寿命トポロジカルエッジモードを観察する。 本研究は, 種々の有限温度トポロジ相を実験的に探索するために, 実現可能なディジタルシミュレーション手法を構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.83041640256683
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• Abstract: Symmetry-protected topological phases cannot be described by any local order parameter and are beyond the conventional symmetry-breaking paradigm for understanding quantum matter. They are characterized by topological boundary states robust against perturbations that respect the protecting symmetry. In a clean system without disorder, these edge modes typically only occur for the ground states of systems with a bulk energy gap and would not survive at finite temperatures due to mobile thermal excitations. Here, we report the observation of a distinct type of topological edge modes, which are protected by emergent symmetries and persist even up to infinite temperature, with an array of 100 programmable superconducting qubits. In particular, through digital quantum simulation of the dynamics of a one-dimensional disorder-free "cluster" Hamiltonian, we observe robust long-lived topological edge modes over up to 30 cycles at a wide range of temperatures. By monitoring the propagation of thermal excitations, we show that despite the free mobility of these excitations, their interactions with the edge modes are substantially suppressed in the dimerized regime due to an emergent U(1)$\times$U(1) symmetry, resulting in an unusually prolonged lifetime of the topological edge modes even at infinite temperature. In addition, we exploit these topological edge modes as logical qubits and prepare a logical Bell state, which exhibits persistent coherence in the dimerized and off-resonant regime, despite the system being disorder-free and far from its ground state. Our results establish a viable digital simulation approach to experimentally exploring a variety of finite-temperature topological phases and demonstrate a potential route to construct long-lived robust boundary qubits that survive to infinite temperature in disorder-free systems.
• Abstract（参考訳）: 対称性で保護された位相相は任意の局所的な順序パラメータによって説明できず、量子物質を理解するための従来の対称性を破るパラダイムを超えている。 これらは、保護対称性を尊重する摂動に対して頑健な位相境界状態によって特徴づけられる。 障害のないクリーンなシステムでは、これらのエッジモードは通常、バルクエネルギーギャップを持つ系の基底状態に対してのみ発生し、移動熱励起により有限温度で生存しない。 本稿では, 急激な対称性によって保護され, 無限温度まで持続するトポロジカルエッジモードを, 100個のプログラム可能な超伝導量子ビットで観測する。 特に、一次元の無秩序な「クラスター」ハミルトニアンの力学のデジタル量子シミュレーションにより、幅広い温度で30サイクル以上の堅牢な長寿命の位相的エッジモードを観察する。 熱励起の伝播をモニタリングすることにより、これらの励起の自由移動性にもかかわらず、そのエッジモードとの相互作用はU(1)$\times$U(1)対称性により二量化状態において著しく抑制され、無限温度でもトポロジカルエッジモードの寿命が異常に長くなることを示した。 さらに,これらのトポロジカルエッジモードを論理量子ビットとして利用し,無秩序で基底状態から遠く離れているにもかかわらず,二量化および非共鳴状態において永続的なコヒーレンスを示す論理ベル状態を作成する。 本研究は, 種々の有限温度トポロジ相を実験的に探索し, 無限温度まで持続する長寿命頑健な境界量子ビットを構築する可能性を示した。

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