論文の概要: Magnetic Memory and Hysteresis from Quantum Transitions: Theory and Experiments on Quantum Annealers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.18079v1
• Date: Thu, 24 Jul 2025 04:03:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-25 15:10:42.940679
• Title: Magnetic Memory and Hysteresis from Quantum Transitions: Theory and Experiments on Quantum Annealers
• Title（参考訳）: 量子遷移からの磁気記憶とヒステリシス:量子アニールの理論と実験
• Authors: Frank Barrows, Elijah Pelofske, Pratik Sathe, Francesco Caravelli, Cristiano Nisoli,
• Abstract要約: 本稿では,2段階のZener遷移を一階のピースワイド・プロパゲータと半古典的ドメインウォール運動学で組み合わせることで,観察行動を説明する概念的枠組みを提案する。 本フレームワークは,3種類のD波アンナーから観測された密度,ループ,形状,縦方向のスイープレートスケーリング傾向を再現する。 これらの結果は、量子ボディシステムにおけるメモリ依存非平衡力学を探索するための強力なテストベッドとして、プログラマブルな量子アニールを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6990493129893112
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum annealing leverages quantum tunneling for non-local searches, thereby minimizing memory effects that typically arise from metastabilities. Nonetheless, recent work has demonstrated robust hysteresis in large-scale transverse-field Ising systems implemented on D-Wave's analog quantum hardware. The quantum nature of these intriguing results remains to be understood at a deeper level. Here, we present a conceptual framework that explains the observed behavior by combining two-level Landau-Zener transitions via a first-order piecewise-constant propagator with semiclassical domain-wall kinetics. We test this approach experimentally on a quantum annealer, where we observe clear coercivity even in one-dimensional rings with periodic boundary conditions comprising up to 4,906 qubits-regimes where classical hysteresis is forbidden, but quantum hysteresis is not. Our framework reproduces the measured kink densities, hysteresis loop shapes, and longitudinal sweep-rate scaling trends observed in data from three different D-Wave quantum annealers. In particular, it captures striking non-monotonic features and transiently negative susceptibilities, identifying them as genuine quantum memory effects. These results establish programmable quantum annealers as powerful testbeds for exploring memory-endowed non-equilibrium dynamics in quantum many-body systems.
• Abstract（参考訳）: 量子アニールは、非局所的な探索に量子トンネルを利用するため、通常、転移性から生じるメモリ効果を最小化する。 しかしながら、近年の研究では、D-Waveのアナログ量子ハードウェア上に実装された大規模横フィールドイジングシステムにおいて、ロバストなヒステリシスが実証されている。 これらの興味深い結果の量子的性質は、より深いレベルで理解されている。 本稿では,2段階のランダウ・ツェナー遷移を一階のピースワイド・コンスタント・プロパゲータと半古典的ドメインウォール運動学によって組み合わせることで,観測された挙動を説明する概念的枠組みを提案する。 我々は、古典的ヒステリシスが禁じられているが、量子ヒステリシスがそうでない、最大4,906 qubits-regimesからなる周期的境界条件を持つ1次元の環においても明確な保磁力を観察する量子アニールを用いて、この手法を実験的に実験した。 本フレームワークは,3種類のD波量子異方体から観測されたクリンク密度,ヒステリシスループ形状,縦方向のスイープレートスケーリング傾向を再現する。 特に、非単調な特徴と過渡的に負の感受性を捉え、それらが真の量子メモリ効果であると同定する。 これらの結果は、量子多体系におけるメモリ依存非平衡力学を探索するための強力なテストベッドとして、プログラマブル量子アニールを確立する。

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