Fase topológica dinámica realizada en un simulador cuántico de iones atrapados

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Física de la materia condensada
• Física atómica, molecular y óptica

Sus antecedentes:

• Los simuladores cuánticos programables ofrecen nuevas vías para estudiar la dinámica cuántica lejos del equilibrio.
• El control preciso del entrelazamiento cuántico de muchos cuerpos es vital para la detección y la computación cuántica.
• Los modelos teóricos predicen métodos topológicamente robustos para la manipulación del entrelazamiento, pero la realización experimental sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Demostrar experimentalmente una fase topológica emergente protegida por simetría dinámica.
• Investigar las propiedades de los qubits de borde en tal fase para la resistencia al error.
• Comparar la estabilidad de los sistemas impulsados cuasi periódicamente con los impulsados periódicamente.

Principales métodos:

• Utilizó una matriz impulsada cuasi periódicamente de diez qubits hiperfinos de ytterbium-171 (171Yb +) en el procesador cuántico de iones atrapados del Modelo H1 de Quantinuum.
• Diseñado una fase topológica protegida por simetría dinámica.
• Analizó el comportamiento de los qubits de borde bajo varias perturbaciones.

Principales resultados:

• Se ha demostrado con éxito una fase topológica emergente protegida por simetría dinámica.
• Se observó que los qubits de borde dentro de esta fase están protegidos dinámicamente de errores de control, conversación cruzada y campos extraviados.
• Mostró la estabilidad superior de los estados de borde impulsados cuasi periódicamente en comparación con los impulsados periódicamente, que son propensos a la decoherencia.

Conclusiones:

• La fase demostrada ofrece una resistencia inherente al error debido a las simetrías dinámicas emergentes, estable frente a las perturbaciones coherentes.
• La conducción casi periódica es clave para lograr estas propiedades topológicas robustas, a diferencia de la conducción periódica.
• Este trabajo sienta las bases para la implementación de órdenes topológicas dinámicas complejas para el procesamiento de información cuántica resistente a errores.