論文の概要: Preparing 100-qubit symmetry-protected topological order on a digital quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.06325v1
• Date: Fri, 06 Mar 2026 14:27:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-09 13:17:45.911692
• Title: Preparing 100-qubit symmetry-protected topological order on a digital quantum computer
• Title（参考訳）: デジタル量子コンピュータにおける100量子対称性保護位相秩序の準備
• Authors: George Pennington, Kevin C. Smith, James R. Garrison, Lachlan P. Lindoy, Jason Crain, Ben Jaderberg,
• Abstract要約: 対称性で保護された量子物質を大規模にデモすることは、創発的な多体現象を探索するために量子ハードウェアを使用する上で重要なマイルストーンである。 ここでは、テンソルネットワークに基づく近似量子コンパイル(AQC)プロトコルを用いて、浅い量子回路を構築する。 結果として得られた状態は、長さ20の弦の非局所弦順序を含む全てのSPT順序のシグネチャを示し、絡み合いスペクトルの特徴的な退化と対称性が保護されたエッジモードの明確な証拠を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Symmetry-protected topological (SPT) phases extend the Landau paradigm of quantum matter by admitting distinct symmetry-preserving phases that lack any local order parameter. Demonstrating these phases at scale on programmable quantum processors is a key milestone in using quantum hardware to probe emergent many-body phenomena, yet it is impeded by the circuit depth normally required to capture non-trivial entanglement. Here we use a tensor network based approximate quantum compiling (AQC) protocol to construct shallow quantum circuits (18-39 CNOT depth), which prepare 100-site ground states of the spin-1/2 bond-alternating Heisenberg chain in both SPT phases, to 97.9-99.0% fidelity. Upon executing the circuits on IBM quantum hardware, the resulting states exhibit all defining signatures of SPT order including non-local string order for strings of up to length 20, characteristic degeneracies in the entanglement spectrum and clear evidence of symmetry-protected edge modes. The simultaneous observation of these independent diagnostics establishes current quantum computers as versatile platforms for large-scale studies of symmetry-protected quantum matter. More broadly, our results establish a practical foundation for probing non-equilibrium quench dynamics of such systems in regimes that challenge classical computational methods.
• Abstract（参考訳）: 対称性保護トポロジカル(SPT)相は、局所的な順序パラメータを欠く異なる対称性保存相を持つことで量子物質のランダウパラダイムを拡張する。 プログラム可能な量子プロセッサ上でこれらの位相を大規模に示すことは、創発的な多体現象を探索するために量子ハードウェアを使用する上で重要なマイルストーンであるが、非自明な絡みを捉えるのに通常必要となる回路深さによって妨げられる。 ここでは、テンソルネットワークに基づく近似量子コンパイル(AQC)プロトコルを用いて、浅い量子回路(18-39 CNOT深さ)を構築する。 IBM量子ハードウェア上で回路を実行すると、結果として得られた状態は、長さ20の文字列の非局所文字列順序を含む全てのSPT順序のシグネチャを示す。 これらの独立診断の同時観測により、現在の量子コンピュータは対称性に保護された量子物質を大規模に研究するための多目的プラットフォームとして確立されている。 より広範に、古典的な計算手法に挑戦する制度において、このようなシステムの非平衡クエンチダイナミクスを探索するための実践的基礎を確立した。

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