Fig. 1 Evolution temporelle de l'aimantation et moyenne temporelle de l'aimantation en fonction du champ transverse. Crédit :IOP
La simulation quantique utilise un système quantique contrôlable pour imiter des systèmes complexes ou résoudre des problèmes insolubles, parmi lesquels les problèmes de non-équilibre des systèmes quantiques à N corps ont suscité un grand intérêt pour la recherche. De tels systèmes sont difficiles à simuler avec des ordinateurs classiques. Au lieu, simulateurs quantiques populaires, comme les circuits supraconducteurs, peut donner un aperçu de ces problèmes. Comme des progrès considérables ont été réalisés en matière d'évolutivité, cohérence et contrôlabilité, Les circuits supraconducteurs sont devenus l'une des plateformes de simulation quantique les plus importantes.
Récemment, un groupe de recherche de l'Institut de physique de l'Académie chinoise des sciences, Université du Zhejiang et RIKEN au Japon, a réalisé avec succès une simulation quantique de transitions de phase dynamiques dans un modèle Lipkin-Meshkov-Glick avec un simulateur quantique supraconducteur de 16 qubits.
La transition de phase dynamique (DPT) est une sorte de transition de phase hors d'équilibre et a été théoriquement étudiée dans divers modèles quantiques à N corps. Il existe deux types de DPT. Le premier type (DPT-1) se concentre sur le paramètre d'ordre de non-équilibre, tandis que le second type (DPT-2) est caractérisé par les comportements non analytiques de l'écho de Loschmidt associés aux zéros de Lee-Yang-Fisher en mécanique statistique. D'autres investigations théoriques et numériques ont révélé que DPT-1 et DPT-2 peuvent être étudiés dans le même cadre.
Le processeur quantique intègre 20 qubits supraconducteurs tous couplés à un bus résonateur commun, qui a été utilisé pour générer des états de chat de Schrödinger dans des travaux antérieurs. Cette fois, 16 qubits ont été utilisés pour concevoir le modèle Lipkin-Meshkov-Glick (LMG) en appliquant un champ transverse contrôlable à chaque qubit. Le système est entraîné dans un état de non-équilibre avec des micro-ondes puis a évolué sous le modèle LMG.
Fig. 2 Evolution temporelle de l'écho de Loschmidt. Crédit :IOP
Les chercheurs ont d'abord observé les caractéristiques typiques du DPT-1. Pour le petit champ transverse, le système reste en phase ferromagnétique dynamique (DFP), et l'aimantation présente une relaxation lente. Cependant, étant donné un fort champ transversal, le système entre dans la phase paramagnétique dynamique (DPP), dans lequel l'aimantation présente une grande oscillation à un temps précoce et s'approche de zéro dans la limite à long terme. L'aimantation moyenne dans le temps comme paramètre d'ordre de non-équilibre est nulle dans le DPP, alors qu'il devient fini dans le DFP.
Puis ils ont démontré l'existence des zéros d'écho de Loschmidt dans le DPP, suggérant la relation entre DPT-1 et DPT-2. En outre, les chercheurs ont exploré les DPT sous un angle nouveau. Ils ont étudié la compression de spin minimale comme sonde de la transition de phase.
Fig. 3 Le paramètre de compression de spin minimum en fonction du champ transverse. Crédit :IOP
Les résultats expérimentaux montrent que la valeur minimale des paramètres de compression de spin peut être atteinte très près du point critique du DPT. Cela indique une application potentielle du DPT à la métrologie quantique.
Cette étude, intitulé « Sonder les transitions de phase dynamiques avec un simulateur quantique supraconducteur, " a été publié dans Avancées scientifiques .
