在囚禁离子量子计算机上的数字量子磁性

《Nature》：Digital quantum magnetism on a trapped-ion quantum computer

　　

摘要

当离散量子门近似连续时间演化时，数字量子物质就会变得容易升温并进入混沌、无结构的状态¹。如果能够充分抑制数字化误差，基于量子门的计算机上可以观察到一种持续较长时间的、大致遵循能量守恒的动态过程²³⁴⁵⁶⁷。能量守恒使得我们能够探索平衡系统中观察到的各种复杂行为，这些行为从热化过程本身的非平凡微观机制⁸，一直延伸到能够稳定具有奇异涌现特性的有效模型。在这里，我们使用了Quantinuum的H2量子计算机⁹¹⁰来模拟量子伊辛模型的数字化动力学，并且抑制了足够的数字化误差，从而能够在经典模拟方法难以处理的时间内观察到热化现象。非均匀状态的松弛揭示了由于能量近似守恒而产生的新兴流体动力学现象，我们还计算了相关的扩散常数。通过将模拟程序重新编程为在具有周期性边界条件的三角晶格上进行，我们观察到了与晶格挫败效应引起的规范和拓扑约束一致的热化过程¹¹¹²¹³。我们的研究结果得益于双量子比特门质量的持续提升（本征部分纠缠器的保真度达到99.94(1%)），这证明了数字量子计算机是研究（有效）连续时间动力学的强大工具。