論文の概要: Large-scale quantum simulations of dissipative spin-1/2 Heisenberg chains
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.16108v1
- Date: Mon, 14 Sep 2026 18:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.155501
- Title: Large-scale quantum simulations of dissipative spin-1/2 Heisenberg chains
- Title（参考訳）: 散逸スピン-1/2ハイゼンベルク鎖の大規模量子シミュレーション
- Abstract要約: 環境に結合した量子多体系は、平衡のない秩序を維持することができる非平衡定常状態に緩和する。
散逸性スピン-1/2ハイゼンベルク鎖は非平衡定常物理学のベンチマーク例である。
ここでは、超伝導プロセッサibm_kingston上の最大50箇所の鎖のリンドブラッド動力学をシミュレートする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.863587184853394
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A quantum many-body system coupled to an environment relaxes to a nonequilibrium steady state that can sustain order with no equilibrium counterpart. Computing such steady states is harder than closed-system dynamics as the density matrix problem squares the Hilbert-space dimension, and no free energy selects the steady state. The dissipative spin-1/2 Heisenberg chain is a benchmark example for nonequilibrium steady state physics; various methods have each calculated its phase diagram but do not agree, and a controlled determination at large system size has remained out of reach. Here we simulate the Lindblad dynamics of chains of up to 50 sites on the superconducting processor ibm_kingston -- 100 simultaneously active qubits at up to 1700 entangling-gate depths -- realizing the dissipation via Stinespring dilation. The system's dissipative evolution is a self-correcting mechanism that effectively erases errors, so hardware noise enters only as a weak competing dissipator. We measure static structure factors and resolve ferromagnetic, antiferromagnetic, spin-density-wave, and paramagnetic steady states, mapping the phase diagram with 117 quantum hardware data points across the $J_x$--$J_y$ plane. We uncover a rich non-equilibrium phase diagram of ordered phases with only remnants of the mean-field order, and where sharp transitions give way to the crossovers expected in one dimension. We also find the existence of an incipient (Trotter-induced) spin density wave phase, highlighting the potential of controlled Trotterization as a tool to engineer various magnetic phases in dissipative spin systems. Our quantum simulations largely settle the lingering uncertainty regarding the correct phase diagram of this benchmark system. Moreover, they show that quantum computers are now a feasible tool for addressing scientific questions involving dissipative quantum systems.
- Abstract（参考訳）: 環境に結合した量子多体系は、平衡のない秩序を維持することができる非平衡定常状態に緩和する。
そのような定常状態の計算は、密度行列がヒルベルト空間次元を二乗するので閉系力学よりも困難であり、自由エネルギーが定常状態を選択することはない。
散逸性スピン-1/2ハイゼンベルク鎖は、非平衡定常状態物理学のベンチマーク例である。
ここでは、超伝導プロセッサ ibm_kingston 上の最大50箇所の鎖のリンドブラッド力学をシミュレートする。
システムの散逸進化は、エラーを効果的に消去する自己修正機構であるため、ハードウェアノイズは競合する散逸器としてのみ現れる。
我々は、静的構造因子を測定し、強磁性、反強磁性、スピン密度波、常磁性定常状態の分解を行い、117の量子ハードウェアデータポイントを$J_x$-$J_y$平面にマッピングする。
平均場秩序の残余のみを持つ秩序相の豊富な非平衡相図を発見し、鋭い遷移が1次元で期待される交叉に道を譲る。
また、初期(トロッター誘起)スピン密度波の位相が存在し、散逸性スピン系における様々な磁気位相を設計するためのツールとして、制御されたトロッター化の可能性を強調した。
我々の量子シミュレーションは、このベンチマークシステムの正しい位相図に関する大きな不確実性を解決する。
さらに、量子コンピュータは、散逸的な量子システムに関わる科学的問題に対処するための、実現可能なツールであることが示されています。
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