量子シミュレーション：超伝導プロセッサー上のトポロジカルなプレサーマル強ゼロモード

対称性保護されたトポロジカル相は、いかなる局所秩序パラメーターでも記述できない、従来の対称性の破れモデルを超えたものである。こうした相は、対称性を破らない摂動下で安定性を維持するトポロジカル境界モードを特徴とする。乱れのない純粋なギャップ系では、これらのエッジモードの安定性はゼロ温度多様体に限定されており、有限温度では、可動の熱励起との相互作用がそうしたモードの減衰につながる。今回我々は、100個のプログラマブル超伝導キュービットからなるアレイにおいて、創発的な対称性によって保護されスペクトル全体にわたって持続する、異なるタイプのトポロジカルエッジモードを観測したことを報告する。我々は、乱れのない一次元スタビライザーハミルトニアンのデジタル量子シミュレーションによって、広範な初期状態について、最高30サイクルにわたってロバストな長寿命トポロジカルエッジモードを観測した。これらのエッジモードとバルク励起との相互作用は、スタビライザー強度を二量化することによって抑制でき、これが系のプレサーマル領域における創発的なU(1) × U(1)対称性につながることが示された。これらのトポロジカルエッジモードを論理キュービットとして利用して論理ベル状態を準備したところ、乱れがなく有限温度の系であるにもかかわらず、この状態は持続的なコヒーレンスを示した。今回の結果は、トポロジカル物質を有限温度で実験的に研究するための実現可能なデジタルシミュレーションの手法を確立するものであり、乱れのない系において長寿命でロバストな境界キュービットを構築できる可能性のある道筋を示している。

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