論文の概要: Quantum critical dynamics and emergent universality in decoherent digital quantum processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.13143v1
• Date: Mon, 15 Dec 2025 09:51:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-16 17:54:56.611479
• Title: Quantum critical dynamics and emergent universality in decoherent digital quantum processors
• Title（参考訳）: デコヒーレントデジタル量子プロセッサにおける量子臨界ダイナミクスと創発的普遍性
• Authors: Brendan Rhyno, Swarnadeep Majumder, Smitha Vishveshwara, Khadijeh Najafi,
• Abstract要約: 我々は,デコヒーレンスによって普遍的なスケーリングが作り直され,理論的予測が検証できることを示す。 我々は、デコヒーレンスによって形成された永続的普遍構造を指して、明確なスケーリング関係を観察する。 本研究は,量子ハードウェアの高レベル記述子としてユニバーサル・ダイナミック・スケーリングを利用する可能性に注目した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Understanding how noise influences nonequilibrium quantum critical dynamics is essential for both fundamental physics and the development of practical quantum technologies. While the quantum Kibble-Zurek (QKZ) mechanism predicts universal scaling during quenches across a critical point, real quantum systems exhibit complex decoherence that can substantially modify these behaviors, ranging from altering critical scaling to completely suppressing it. By considering a specific case of nondemolishing noise, we first show how decoherence can reshape universal scaling and verify these theoretical predictions using numerical simulations of spin chains across a wide range of noise strengths. Then, we study linear quenches in the transverse-field Ising model on IBM superconducting processors where the noise model is unknown. Using large system sizes of 80-120 qubits, we measure equal-time connected correlations, defect densities, and excess energies across various quench times. Surprisingly, unlike earlier observations where noise-induced defect production masked universal behavior at long times, we observe clear scaling relations, pointing towards persistent universal structure shaped by decoherence. The extracted scaling exponents differ from both ideal QKZ predictions and analytic results for simplified noise models, suggesting the emergence of a distinct noise-influenced universality regime. Our results, therefore, point toward the possibility of using universal dynamical scaling as a high-level descriptor of quantum hardware, complementary to conventional gate-level performance metrics.
• Abstract（参考訳）: ノイズが非平衡量子臨界力学にどのように影響するかを理解することは、基礎物理学と実用的な量子技術の発展の両方に不可欠である。 量子キブル・ズレーク(英語版)(QKZ)機構は臨界点を越えてクエンチ中の普遍的なスケーリングを予測するが、実際の量子系はこれらの振る舞いを実質的に変更できる複雑なデコヒーレンスを示す。 非分離ノイズの特定の場合を考慮することで、まずデコヒーレンスが普遍的なスケーリングを再構築し、幅広いノイズ強度のスピン鎖の数値シミュレーションを用いてこれらの理論予測を検証できることを示す。 次に, ノイズモデルが不明なIBM超伝導プロセッサ上での横磁場アイシングモデルにおける線形クエンチについて検討する。 80-120量子ビットの大規模システムサイズを用いて、様々なクエンチ時間における等時連結相関、欠陥密度、余剰エネルギーを測定する。 驚いたことに、ノイズによる欠陥生成が長期間にわたって普遍的な振る舞いを隠蔽している以前の観測とは異なり、デコヒーレンスによって形成された永続的な普遍構造を指して、明確なスケーリング関係を観察する。 抽出されたスケーリング指数は、理想的なQKZ予測と単純化されたノイズモデルの解析結果の両方とは異なる。 そこで本研究では,従来のゲートレベルの性能指標を補完する量子ハードウェアの高レベル記述子として,ユニバーサル・ダイナミックス・スケーリングを用いる可能性に注目した。

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