Termalización y criticidad en un simulador cuántico analógico-digital

Área de la Ciencia:

• Simulación Cuántica
• Física de la materia condensada
• Ciencia de la información cuántica

Sus antecedentes:

• El acercamiento al equilibrio térmico en los sistemas cuánticos en interacción es un desafío clave.
• Los simuladores cuánticos requieren una preparación de estado flexible, una evolución precisa y una caracterización detallada.
• Los simuladores anteriores carecían de versatilidad en la medición y el control.

Objetivo del estudio:

• Presentar un nuevo simulador cuántico superconductor con capacidades híbridas analógicas y digitales.
• Explorar la dinámica de la termialización y las transiciones de fase más allá de los límites de la simulación clásica.
• Demostrar preparación y medición avanzadas para el estudio de fenómenos cuánticos.

Principales métodos:

• Desarrollo de un procesador cuántico superconductor de 69 bits.
• Implementación de puertas cuánticas universales y evolución analógica de alta fidelidad.
• Utilizando capacidades de medición versátiles para la caracterización del estado.
• Realización de experimentos comparativos de entropía cruzada.

Principales resultados:

• El rendimiento del simulador cuántico superó las capacidades de simulación clásica.
• Desglose observado de la escala de Kibble-Zurek en el modelo XY debido al grueso.
• Las firmas identificadas de la transición de fase clásica de Kosterlitz-Thouless.
• Se ha demostrado el control preciso de la energía para el estudio de la hipótesis de la termicidad en estado propio.
• Se mostró la preparación digital de estados entrelazados e imágenes del transporte de energía / vorticidad.

Conclusiones:

• El procesador cuántico híbrido analógico-digital es efectivo para la preparación de estados a través de espectros de muchos cuerpos.
• La plataforma revela con éxito la dinámica de la termicidad.
• Este trabajo avanza el potencial de los simuladores cuánticos para la investigación de la física fundamental.