Modos cero fuertes y pretérmicos topológicos en procesadores superconductores

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las fases topológicas protegidas por simetría carecen de parámetros de orden local y son típicamente inestables a temperaturas finitas debido a excitaciones térmicas.
• La comprensión convencional limita la estabilidad de los modos de borde topológico a la temperatura cero, lo que restringe sus aplicaciones prácticas.
• Los sistemas libres de desorden son cruciales para la computación cuántica robusta, pero la protección topológica generalmente requiere bajas temperaturas.

Objetivo del estudio:

• Observar y caracterizar un nuevo tipo de modo de borde topológico protegido por simetrías emergentes.
• Para demostrar la persistencia de estos modos de borde en todo el espectro a temperaturas finitas.
• Explorar el uso de estos modos de borde topológico como qubits robustos y de larga vida en un sistema libre de desorden.

Principales métodos:

• Simulación cuántica digital de un estabilizador Hamiltoniano unidimensional sin desorden utilizando una matriz de 100 qubits superconductores programables.
• Observación de los modos de borde topológico durante períodos prolongados (hasta 30 ciclos) para varios estados iniciales.
• La supresión de la interacción de excitación de modo de borde a través de la dimerización de la fuerza del estabilizador, revelando la simetría emergente U(1) × U(1).

Principales resultados:

• Observación de modos de borde topológico robustos y de larga duración protegidos por simetrías emergentes, que persisten en todo el espectro a temperaturas finitas.
• Demostración de coherencia persistente en un estado lógico de Bell preparado utilizando estos modos de borde topológico como qubits.
• Confirmación de que la estabilidad del modo de borde es alcanzable en sistemas libres de desorden incluso a temperaturas finitas.

Conclusiones:

• El estudio establece un enfoque viable de simulación digital para el estudio de la materia topológica a temperaturas finitas.
• Las simetrías emergentes y los regímenes pretérmicos permiten la creación de modos de borde topológico robustos y de larga duración en sistemas libres de desorden.
• Estos hallazgos presentan una ruta prometedora para la construcción de robustos qubits límite para aplicaciones de computación cuántica.