論文の概要: Prethermalization by Random Multipolar Driving on a 78-Qubit Superconducting Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.21553v1
- Date: Thu, 27 Mar 2025 14:40:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-28 12:51:14.271763
- Title: Prethermalization by Random Multipolar Driving on a 78-Qubit Superconducting Processor
- Title（参考訳）: 78ビット超電導プロセッサ上でのランダム多極駆動による予熱
- Authors: Zheng-He Liu, Yu Liu, Gui-Han Liang, Cheng-Lin Deng, Keyang Chen, Yun-Hao Shi, Tian-Ming Li, Lv Zhang, Bing-Jie Chen, Cai-Ping Fang, Da'er Feng, Xu-Yang Gu, Yang He, Kaixuan Huang, Hao Li, Hao-Tian Liu, Li Li, Zheng-Yang Mei, Zhen-Yu Peng, Jia-Cheng Song, Ming-Chuan Wang, Shuai-Li Wang, Ziting Wang, Yongxi Xiao, Minke Xu, Yue-Shan Xu, Yu Yan, Yi-Han Yu, Wei-Ping Yuan, Jia-Chi Zhang, Jun-Jie Zhao, Kui Zhao, Si-Yun Zhou, Zheng-An Wang, Xiaohui Song, Ye Tian, Yu-Ran Zhang, Pan Zhang, Zhongcheng Xiang, Dongning Zheng, Kai Xu, Hongzheng Zhao, Heng Fan,
- Abstract要約: 非周期駆動系の長寿命予熱相とチューナブル加熱速度の初回実験を行った。
我々の研究は、超伝導量子プロセッサを、駆動系における物質の非平衡相を探索するための強力なプラットフォームとして評価する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.113394515477705
- License:
- Abstract: Time-dependent drives hold the promise of realizing non-equilibrium many-body phenomena that are absent in undriven systems. Yet, drive-induced heating normally destabilizes the systems, which can be parametrically suppressed in the high-frequency regime by using periodic (Floquet) drives. It remains largely unknown to what extent highly controllable quantum simulators can suppress heating in non-periodically driven systems. Using the 78-qubit superconducting quantum processor, Chuang-tzu 2.0, we report the first experimental observation of the long-lived prethermal phases with tunable heating rates in many-body systems, driven by structured random protocols, characterized by the $n$-multipolar temporal correlations. By measuring both the particle imbalance and the subsystem entanglement entropy, we trace out the entire heating process over 1,000 driving cycles and confirm the existence of the prethermal plateau. Its lifetime grows algebraically with the driving frequency and the scaling exponent is approximately $2n{+}1$, tunable by the multipolar order. Using quantum state tomography on different subsystems, we demonstrate a non-uniform spatial entanglement distribution and observe a crossover from the area-law to the volume-law entanglement scaling. We utilize all 78 qubits and 137 couplers in a 2D configuration, and their entire far-from-equilibrium heating dynamics are beyond the reach of simulation using tensor-network numerical techniques. Our work underscores superconducting quantum processors as a powerful platform for exploring non-equilibrium phases of matter in driven systems.
- Abstract（参考訳）: 時間依存ドライブは、非駆動系で欠落する非平衡多体現象を実現するという約束を持っている。
しかし、駆動誘起加熱は、周期的(フロッケ)駆動を用いることで、高周波状態においてパラメトリック的に抑制されるシステムを正常に不安定化する。
高度に制御可能な量子シミュレータが非周期的に駆動されるシステムの加熱をどの程度抑制できるかは、ほとんど分かっていない。
78量子ビットの超伝導量子プロセッサであるChuang-tzu 2.0を用いて、多体系における長寿命予熱相とチューナブル加熱速度の観測を行った。
粒子不均衡とサブシステムエンタングルメントエントロピーの両方を測定することで、1000サイクル以上の加熱過程全体を追跡し、予熱台地の存在を確認する。
その寿命は駆動周波数とともに代数的に増加し、スケーリング指数は約2n{+}1$であり、多極性順序で調整可能である。
異なるサブシステム上での量子状態トモグラフィーを用いて、非一様空間エンタングルメント分布を示し、領域法則から体積法則エンタングルメントスケーリングへのクロスオーバーを観察する。
78の量子ビットと137のカップラを2次元構成で利用し、その遠方からの熱力学はテンソル・ネットワークの数値計算技術を用いてシミュレーションの範囲を超えている。
我々の研究は、超伝導量子プロセッサを、駆動系における物質の非平衡相を探索するための強力なプラットフォームとして評価する。
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