量子シミュレーション：アナログ–デジタル量子シミュレーターにおける熱化と臨界性

相互作用粒子が熱平衡に近づく様子を理解することは、量子シミュレーターの大きな課題である。この目標に向けてそうした系の可能性の扉を最大限に押し開くには、初期状態の柔軟な準備、正確な時間発展、そして最終状態の評価のための広範なプローブが必要である。今回我々は、69個の超伝導キュービットから構成される量子シミュレーターを提示し、これが、万能量子ゲートと高忠実度のアナログ発展の両方をサポートし、交差エントロピーでのベンチマーク実験において古典的シミュレーションの限界を超える性能を発揮することを示す。このハイブリッドプラットフォームは、アナログのみのシミュレーターと比較して、より汎用性のある測定能力を特徴とする。我々はこれを活用して、XYモデルにおけるキッブル–ズレックスケーリング予測が粗大化によって破綻することに加え、古典的なコステリッツ–サウレス相転移の兆候を明らかにした。また、デジタルゲートは精密なエネルギー制御を可能にすることから、固有スペクトルの標的部分において固有状態熱化仮説の効果を研究することが可能になった。我々はさらに、ペアワイズ・エンタングル二量体状態のデジタル準備を実証し、その後のアナログ発展における熱化途上のエネルギーと渦の輸送を画像化した。これらの結果は、多体スペクトルにわたる状態の準備とそれらの熱化ダイナミクスの解明に、超伝導アナログ–デジタル量子プロセッサーが有効であることを実証している。

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