論文の概要: Realization of fermionic Laughlin state on a quantum processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.13294v1
- Date: Mon, 17 Mar 2025 15:41:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-18 15:58:47.615007
- Title: Realization of fermionic Laughlin state on a quantum processor
- Title（参考訳）: 量子プロセッサ上でのフェルミオン性ラウリン状態の実現
- Authors: Lingnan Shen, Mao Lin, Cedric Yen-Yu Lin, Di Xiao, Ting Cao,
- Abstract要約: 我々は、IonQ の Aria-1 トラップイオン量子コンピュータ上で nu = 1/3 フェルミオンラウリン状態を示す。
相関ホールやカイラルエッジモードを含むラウリン状態を特徴付けるキーオブザーバブルを抽出する。
この研究は、物質固有の位相秩序をシミュレートするスケーラブルな量子フレームワークを確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7037407965508287
- License:
- Abstract: Strongly correlated topological phases of matter are central to modern condensed matter physics and quantum information technology but often challenging to probe and control in material systems. The experimental difficulty of accessing these phases has motivated the use of engineered quantum platforms for simulation and manipulation of exotic topological states. Among these, the Laughlin state stands as a cornerstone for topological matter, embodying fractionalization, anyonic excitations, and incompressibility. Although its bosonic analogs have been realized on programmable quantum simulators, a genuine fermionic Laughlin state has yet to be demonstrated on a quantum processor. Here, we realize the {\nu} = 1/3 fermionic Laughlin state on IonQ's Aria-1 trapped-ion quantum computer using an efficient and scalable Hamiltonian variational ansatz with 369 two-qubit gates on a 16-qubit circuit. Employing symmetry-verification error mitigation, we extract key observables that characterize the Laughlin state, including correlation hole and chiral edge modes, with strong agreement to exact diagonalization benchmarks. This work establishes a scalable quantum framework to simulate material-intrinsic topological orders and provides a starting point to explore its dynamics and excitations on digital quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 物質の強相関位相は、現代の凝縮物質物理学や量子情報技術の中心であるが、しばしば物質系の探査と制御が困難である。
これらの位相にアクセスすることの実験的困難さは、エキゾチックなトポロジカル状態のシミュレーションと操作にエンジニアリングされた量子プラットフォームの使用を動機付けている。
これらのうち、ラウリン状態は、分数化、正準励起、非圧縮性を具現化して、トポロジカルな物質の基盤となる。
ボソニックなアナログはプログラマブルな量子シミュレータで実現されているが、真にフェルミオン的なラウリン状態は量子プロセッサ上ではまだ証明されていない。
ここでは、16量子ビット回路上に369個の2量子ビットゲートを持つ効率よくスケーラブルなハミルトン変分アンサッツを用いて、IonQのAria-1トラップイオン量子コンピュータ上でのnn = 1/3フェルミオンラウリン状態を実現する。
対称性検証誤差緩和を用いて、相関穴やカイラルエッジモードを含むラウリン状態を特徴付けるキーオブザーバブルを、正確な対角化ベンチマークと強く一致して抽出する。
この研究は、物質固有のトポロジカル秩序をシミュレートするスケーラブルな量子フレームワークを確立し、デジタル量子プロセッサにおけるそのダイナミクスと励起を探求するための出発点を提供する。
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