論文の概要: Analog quantum simulation of the Lipkin-Meshkov-Glick model in a transmon qudit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.05237v1
• Date: Thu, 04 Dec 2025 20:30:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-13 22:40:56.800051
• Title: Analog quantum simulation of the Lipkin-Meshkov-Glick model in a transmon qudit
• Title（参考訳）: Transmon quditにおけるLipkin-Meshkov-Glickモデルのアナログ量子シミュレーション
• Authors: Elizabeth Champion, Annie Schwartz, Muhammad A. Ijaz, Xiaohui Xu, Steve Campbell, Gabriel T. Landi, Machiel S. Blok,
• Abstract要約: アナログシミュレータを用いたLipkin-Meshkov-Glick(LMG)モデルの実験的検討を行った。 これは、任意の時間依存の局所場の下での進化と1軸のねじれを実現する回転フレームに移行することで達成される。 LMGモデルにおける5つの有限サイズの量子臨界前駆体について詳細に研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3372751145910977
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The simulation of large-scale quantum systems is one of the most sought-after applications of quantum computers. Of particular interest for near-term demonstrations of quantum computational advantage are analog quantum simulations, which employ analog controls instead of digitized gates. Most analog quantum simulations to date, however, have been performed using qubit-based processors, despite the fact that many physical systems are more naturally represented in terms of qudits (i.e., $d$-level systems). Motivated by this, we present an experimental realization of the Lipkin-Meshkov-Glick (LMG) model using an analog simulator based on a single superconducting transmon qudit with up to $d = 9$ levels. This is accomplished by moving to a rotated frame in which evolution under any time-dependent local field and one-axis twisting can be realized by the application of multiple simultaneous drives. Combining this analog drive scheme with universal control and single-shot readout of the qudit state, we provide a detailed study of five finite-size precursors of quantum criticality in the LMG model: dynamical phase transitions, closing of the energy gap, Kibble-Zurek-like dynamics, statistics of the order parameter, and excited-state phase transitions. For each experiment we devise a protocol for extracting the relevant properties which does not require any prior knowledge of the system eigenstates, and can therefore be readily extended to higher dimensions or more complicated models. Our results cement high-dimensional transmon qudits as an exciting path towards simulating many-body physics.
• Abstract（参考訳）: 大規模量子システムのシミュレーションは、量子コンピュータの最も望まれる応用の1つである。 量子計算の利点の短期的な実証に特に興味があるのはアナログ量子シミュレーションであり、これはデジタルゲートの代わりにアナログ制御を用いる。 しかし、ほとんどのアナログ量子シミュレーションは、多くの物理系がより自然に量子ビット(例えば$d$レベル)で表されるという事実にもかかわらず、量子ビットベースのプロセッサを用いて実行されてきた。 そこで我々は,最大$d=9$の超伝導トランスモンquditを用いたアナログシミュレータを用いて,Lipkin-Meshkov-Glickモデル(LMG)を実験的に実現した。 これは、任意の時間依存の局所場の下での進化と1軸のねじれを、多重同時駆動の適用により実現できる回転フレームに移行することで実現される。 このアナログドライブスキームを普遍制御とキューディット状態の単発読み出しと組み合わせて、LMGモデルにおける量子臨界性の有限サイズの前駆体について詳細に研究する: 動的相転移、エネルギーギャップの閉じ、キブル・ズーレック型力学、秩序パラメータの統計、励起状態相転移。 各実験において,システム固有状態に関する事前の知識を必要とせず,より高次元あるいはより複雑なモデルに容易に拡張可能な,関連する特性を抽出するプロトコルを考案する。 本研究は,多体物理学を模擬するためのエキサイティングな方法として,高次元トランペットクイディットを用いた。

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