論文の概要: Prethermalization by Random Multipolar Driving on a 78-Qubit Superconducting Processor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.21553v2
- Date: Tue, 01 Apr 2025 11:23:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-02 10:23:24.184788
- 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, Florian Mintert, Johannes Knolle, Roderich Moessner, Yu-Ran Zhang, Pan Zhang, Zhongcheng Xiang, Dongning Zheng, Kai Xu, Hongzheng Zhao, Heng Fan,
- Abstract要約: 可変加熱速度多体系における長寿命予熱相の実験的観察を報告する。
78キュービットと137カプラの2次元構成で、遠方から平衡加熱のダイナミクスはシミュレーションの範囲を超えている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 26.669957183525817
- 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 experimental observation of long-lived prethermal phases in many-body systems with tunable heating rates, driven by structured random protocols, characterized by $n$-multipolar temporal correlations. By measuring both the particle imbalance and subsystem entanglement entropy, we monitor the entire heating process over 1,000 driving cycles and observe the existence of the prethermal plateau. The prethermal lifetime is `doubly tunable': one way by driving frequency, the other by multipolar order; it grows algebraically with the frequency with the universal scaling exponent $2n{+}1$. Using quantum state tomography on different subsystems, we demonstrate a non-uniform spatial entanglement distribution and observe a crossover from area-law to volume-law entanglement scaling. With 78 qubits and 137 couplers in a 2D configuration, the entire far-from-equilibrium heating dynamics are beyond the reach of simulation using tensor-network numerical techniques. Our work highlights superconducting quantum processors as a powerful platform for exploring universal scaling laws and non-equilibrium phases of matter in driven systems in regimes where classical simulation faces formidable challenges.
- 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、構造化ランダムプロトコルによって駆動される可変加熱速度を持つ多体系における長寿命予熱相の実験的観察を報告した。
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監視し、予熱台地の存在を観察する。
熱前の寿命は「二重チューナブル」であり、ある方法は周波数を駆動し、もう1つは多極性順序で、普遍スケーリング指数2n{+}1$で代数的に増加する。
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キュービットと137カプラの2次元構成で、遠方平衡熱力学はテンソル・ネットワークの数値的手法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、古典的なシミュレーションが困難な課題に直面している体制において、量子プロセッサを普遍的なスケーリング法則と物質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強調する。
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