През последните години физиците проведоха обширни проучвания, фокусирани върху квантовата технология и квантовите системи от много тела. Два динамични процеса извън равновесие, които привлякоха особено внимание в тази област, са квантовата термализация и кодирането на информация.
Термализацията или „отпускането до равновесие“ е процес, чрез който квантовите системи от много тела постигат топлинно равновесие. Разбъркването на информация, от друга страна, води до разпръскване на локална информация в квантови заплитания на много тела, които се разпределят в квантова система с много тела.
Изследователи от Китайския университет за наука и технологии, Шанхайския изследователски център за квантови науки и Китайската академия на науките наскоро наблюдаваха термализация и разбъркване на информация в свръхпроводящ квантов процесор. Техните констатации, публикувани в статия в Physical Review Letters, биха могли да проправят пътя към нови изследвания, фокусирани върху термодинамиката на квантовите системи с много тела.
„Неравновесните свойства на квантовите системи с много тела са от значение за това дали интегрируемостта на квантовата система е нарушена“, каза Xiaobo Zhu, един от изследователите, извършили изследването, пред Phys.org. „По-конкретно, термализацията и кодирането на информация се провалят по време на неравновесна динамика на едномерните свободни фермиони като интегрируема система.“
Експерименталното изследване на термализацията и кодирането на информация както в интегрируеми, така и в неинтегрируеми квантови системи може да бъде особено предизвикателство поради две основни причини. Първо, извършването на това изисква експериментално внедряване на двата типа системи на един и същ квантов симулатор.
Освен това, за да проведат успешно тези експерименти, изследователите трябва да могат да събират точни и ефективни измервания на ентропията на заплитане и тристранната взаимна информация. Тези измервания в крайна сметка позволяват на учените да определят количествено термализацията и съответно кодирането на информация, обикновено използвайки подход, известен като мулти-кубитова томография на квантово състояние.
„В нашата неотдавнашна работа, използвайки програмируема стълбовидна свръхпроводяща верига, състояща се от 24 кубита, експериментално проучихме термализацията и кодирането в 12-кубитовата верига и стълбата, извършвайки квантови симулации на 1D XX модела, който може да бъде картографиран към свободни фермиони, типична интегрируема система и XX-стълбичния модел като неинтегрируема система", обясни Жу. „Наблюдавахме две различни динамични поведения на веригата и стълбата на кубит масива, демонстрирайки, че интегрируемостта играе ключова роля в термализацията и кодирането на информация.“
Жу и колегите му решиха да проучат квантовата термализация и кодирането на информация в свръхпроводящ квантов процесор, характеризиращ се с висока програмируемост. Чрез настройване на всички кубити към едни и същи взаимодействащи честоти, те успяха експериментално да проучат неравновесната динамика на веригата и стълбата на кубитите.
„След еволюцията на времето можем да измерим местните наблюдаеми, като проектираме всички кубити към Z проекциите“, каза Джу. „Ние също така използвахме високопрецизна многокубитова квантова томография за измерване на ентропията на заплитане и тристранната взаимна информация (TMI). Архитектурата от тип стълба на свръхпроводящата верига ни позволи да изследваме интегрируемата 1D верига и неинтегрируемата стълба в същия квантов процесор."
Жу и колегите му първо изследваха термализацията и разбъркването на информацията във веригата и стълбата на тяхната силно програмируема свръхпроводяща верига. Техните наблюдения предполагат, че интегрируемостта значително влияе върху свойствата на извънравновесни квантови системи с много тела.
„Също така наблюдавахме стабилна отрицателна стойност на TMI в неинтегрируемата система, което е първият експериментален подпис на разбъркване на информация, характеризиран чрез TMI, поставяйки основата за по-нататъшни експериментални изследвания на TMI в други платформи,“ Жу казах.
В допълнение към събирането на интересна представа за значението на интегрируемостта на една система при определянето на нейните неравновесни свойства и разкриването на подпис на разбъркване на информацията, Джу и колегите му бяха сред първите, които изучаваха квантовите системи с много тела, използвайки силно програмируем квантов процесор.
В бъдеще размерът на използваната от тях верига може да бъде разширен допълнително, за да се извършват изчисления, които биха били по-трудни за изпълнение с помощта на класически компютри. В следващите си проучвания изследователите биха искали да разширят скорошната си работа, преследвайки две основни изследователски посоки.
„Първо, планираме да включим повече кубити, за да формираме по-голяма система от много тела“, добави Жу. „Второ, планираме да подобрим възможността за програмиране на квантовия процесор. На най-съвременния свръхпроводящ квантов процесор „Zuchongzhi 2.0“ успешно демонстрирахме квантовото предимство. Планираме да използваме този процесор, за да демонстрираме по-вълнуващи явления във физиката на много тела."
Разгледайте още
Първи хибриден квантов бит, базиран на топологични изолаториПовече информация:Qingling Zhu et al, Наблюдение на термализацията и кодирането на информация в свръхпроводящ квантов процесор, Physical Review Letters (2022).DOI: 10.1103/PhysRevLett .128.160502Информация за списанието:
© 2022 Science X Network
Цитиране: Термализация и кодиране на информация в свръхпроводящ квантов процесор (2022 г., 19 май), извлечено на 19 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-thermalization-scrambling-superconducting-quantum -processor.htmlТози документ е обект на авторско право. Освен всякакво честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.
