Observación de una transición de fase dinámica de muchos cuerpos con un simulador cuántico de 53 qubits

Área de la Ciencia:

• Simulación Cuántica
• Física cuántica de muchos cuerpos
• Ciencia de la información cuántica

Sus antecedentes:

• Los simuladores cuánticos aprovechan los bits cuánticos controlados (qubits) para modelar problemas complejos de muchos cuerpos cuánticos.
• Los avances en el control de qubits permiten abordar problemas en el diseño de materiales y el modelado molecular.
• Las computadoras cuánticas universales prometen soluciones a una amplia clase de problemas computacionalmente difíciles.

Objetivo del estudio:

• Investigar la dinámica de no equilibrio en el modelo de campo transversal de Ising con interacciones de largo alcance utilizando un simulador cuántico.
• Para explorar los fenómenos en un régimen donde la mecánica estadística convencional es inaplicable.
• Para sondear características computacionalmente intratables que surgen de interacciones de largo alcance y alta conectividad de qubits.

Principales métodos:

• Utilizó un simulador cuántico con hasta 53 qubits, que representan giros de iones atrapados.
• Implementó una interacción de Ising global de largo alcance con fuerza y alcance ajustables.
• Se midieron qubits individuales con alta eficiencia (casi el 99%) para el análisis de correlación de un solo disparo.

Principales resultados:

• Se observó una transición de fase dinámica después de un cambio repentino en el hamiltoniano.
• Demostró la capacidad de sondear correlaciones arbitrarias de muchos cuerpos directamente.
• Reveló dinámicas complejas y características intratables para el cálculo clásico debido a las interacciones de largo alcance.

Conclusiones:

• Los simuladores cuánticos son herramientas poderosas para estudiar la dinámica cuántica de no equilibrio.
• El estudio demostró con éxito una transición de fase dinámica en un sistema con interacciones de largo alcance.
• Las mediciones de alta fidelidad permiten la observación directa de fenómenos cuánticos complejos.