量子物理学：量子リングの電子特性の正確な計算

凝縮物質系を研究する有望な手法の1つは、巧みに設計された量子プラットフォーム上でそれらをシミュレートすることである。しかし、古典的な方法を上回る性能を実現するのに必要な精度は、これまで実現されていない。今回我々は、18個の超伝導キュービットを用いて、正確な凝縮物質シミュレーターの実験的な青写真を提示するとともに、基本的な電子特性を調べる方法を実証する。我々は、一次元ワイヤーの単一粒子バンド構造を再構成することによって、基盤となる方法のベンチマークを行った。そして、デコヒーレンスと読み出し誤りのほぼ完全な抑制を実証し、1ラジアン（rad）のオーダーという典型的なエネルギースケールに対して、約0.01 radの誤差でこのワイヤーのエネルギー固有値を測定した。このアルゴリズムの忠実度に関する知見は、10⁻⁴ radの統計的不確かさで固有エネルギーを分解する能力などの、フーリエ変換のロバストな特性を浮き彫りにすることによって得られた。我々はまた、凝縮物質系の2つの基本的に重要な要素である、磁束と乱れた局所ポテンシャルも合成した。磁束を掃引したところ、スペクトルに準位間反交差が観測され、これにより、局所乱れの空間分布の詳細な指紋が得られた。我々は、これらの方法を組み合わせることによって、固有状態の電子特性を再構成し、永久電流と、乱れが加わることによるコンダクタンスの強い抑制を観測した。今回の成果は、量子シミュレーションの正確な方法を説明するものであり、超伝導キュービットを用いた新たな量子物質の研究への道を開く。

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