Skip to content
Home » Natuurkundigen voorspellen de nieuwe verstrengelde toestanden op programmeerbare kwantumsimulatoren

Natuurkundigen voorspellen de nieuwe verstrengelde toestanden op programmeerbare kwantumsimulatoren

    Natuurkundigen voorspellen de nieuwe verstrengelde toestanden op programmeerbare kwantumsimulatoren
    Natuurkundigen van HKU-Harvard voorspellen de nieuwe verstrengelde toestanden op programmeerbare kwantumsimulators

    Kwantuminnovaties met behulp van Rydberg-atomen. Krediet: Caltech

    De kwantumwetenschap heeft niet alleen het menselijk begrip van de structuur van materie en haar microscopische interacties verdiept, maar ook een nieuw paradigma van informatica en informatiewetenschap geïntroduceerd: kwantumcomputing en kwantumsimulatie. Kwantuminformatica-onderzoek heeft de Nobelprijs voor de natuurkunde 2022 gewonnen.


    Van veel kwantumcomputing- en simulatieplatforms wordt Rydberg Atom Arrays beschouwd als het meest veelbelovende systeem om kwantumsuperioriteit te tonen tussen veel programmeerbare kwantumsimulatorplatforms in de afgelopen jaren vanwege het grootste aantal qubits en de hoogste experimentele nauwkeurigheid.

    Dergelijke optische roosters bestaan ​​uit individuele neutrale aardalkaliatomen met significante dipoolmomenten die zijn gevangen in reeksen microscopische dipoolvallen, die naar believen optisch kunnen worden verplaatst om de gewenste roostergeometrie te maken. Elk atoom kan worden geëxciteerd tot zijn Rydberg-toestand, en een paar aangeslagen toestanden interageren via hun dipoolmomenten via een langeafstandsinteractie.

    Dergelijke Rydberg-atoomarrays worden door velen beschouwd als het systeem met het hoogste niveau van experimentele precisie en aantal qubits in de afgelopen jaren binnen alle platforms voor programmeerbare kwantumsimulators. De waarnemingen van kwantumfase-overgangen en de handtekening van topologische orden van Rydberg-atoomarrays zijn met enorme snelheid gerapporteerd.

    De interactie op lange afstand en het Rydberg-blokkademechanisme in deze optische roosters kunnen echter zowel voor- als nadelen hebben. Enerzijds geven ze aanleiding tot de hoge precisie van experimentele kwantumcontrole, zoals hierboven vermeld. Aan de andere kant leggen ze echter de beperkingen op aan het modelleren van het systeem.

    Dergelijke kwantumbeperkte veellichamensystemen behoren tot de moeilijkst te bestuderen vanuit theoretische en numerieke perspectieven. Zonder een nauwkeurig theoretisch begrip van de volledige fasediagrammen en nieuwe kwantumfasen, zullen toekomstige experimenten geen begeleiding hebben om door te gaan.

    Natuurkundigen van HKU-Harvard voorspellen de nieuwe verstrengelde toestanden op programmeerbare kwantumsimulators

    Het fasediagram verkregen in dit werk. Binnen verschillende fasen zijn de even Z2 quantum spin liquid (QSL) en oneven Z2 QSL topologisch geordende nieuwe toestanden van materie die naar verwachting zullen bestaan ​​in de Rydberg-atoomarray-experimenten op Kagome-roosters. Krediet: de universiteit van Hong Kong

    Een dergelijk schijnbaar raadsel waarmee alle wetenschappers in het veld worden geconfronteerd, wordt gedeeltelijk en substantieel opgelost door een gezamenlijke inspanning van onderzoeksassistent-professor Zheng Yan en universitair hoofddocent Zi Yang Meng van het departement Natuurkunde, de Universiteit van Hong Kong (HKU) en de gerenommeerde natuurkundige professor Subir Sachdev (lid van de American Academy of Arts and Sciences) van de Harvard University en zijn toenmalige student Dr. Rhine Samajdar nu postdoctoraal onderzoeker aan Princeton University en Dr. Yan-Cheng Wang (onderzoeker) van Beihang Hangzhou Innovation Institute Yuhang in Hangzhou. Hun onderzoekswerk is gepubliceerd in het recente nummer van Natuurcommunicatie.

    Ze ontwierpen een nieuw driehoekig rooster-quantumdimeermodel met zachte beperkingen om zo dicht mogelijk bij de experimentele omstandigheden te komen en ontwikkelden het ingrijpende clusteralgoritme voor kwantum Monte Carlo-simulaties die dergelijke zachte-beperkte kwantumveellichamensystemen efficiënt zouden kunnen oplossen.

    Hun simulaties en theoretische analyse brengen met succes het verwachte fasediagram van Rydberg-arrays op het Kagome-rooster in kaart. Ze vonden niet alleen de verwachte en conventionele nematische en verspringende typen van de vaste fasen, maar ook de exotische sterk verstrengelde Z2 quantum spin-vloeistoffen (QSL) met grote parameterregimes in het fasediagram.

    Ze identificeren deze nieuwe fasen door niet-lokale metingen van stringoperators en andere fysieke waarneembare objecten in de quantum Monte Carlo-simulaties te ontwerpen. Het verschil tussen QSL en triviale paramagnetische fase wordt met succes onderscheiden. Het meest opwindende is dat er een pad is onthuld dat oneven Z2 QSL, triviale paramagnetische (PM) fase en zelfs QSL en vaste fasen verbindt, wat erg handig is bij het begeleiden van het Rydberg-arrays-experiment.

    Daarnaast hebben ze ook de dynamiek en interacties van de fractionele quasideeltjes (visons) in de Z2 QSL bestudeerd om meer experimenteel waarschijnlijk bewijs te leveren.

    Deze resultaten benadrukken de rijkdom van hun beperkte modellen die zijn afgeleid voor Rydberg-arraysystemen en maken gebruik van verschillende nieuwe fasen die worden veroorzaakt door de langeafstandsinteracties en het Rydberg-blokkademechanisme.


    Arrays van strontium Rydberg-atomen zijn veelbelovend voor gebruik in kwantumcomputers


    Informatie:
    Zheng Yan et al, Driehoekig rooster kwantumdimeermodel met variabele dimeerdichtheid, Natuurcommunicatie (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-33431-5

    Geleverd door de Universiteit van Hong Kong

    citaten: Natuurkundigen voorspellen de nieuwe verstrengelde toestanden op programmeerbare kwantumsimulators (2022, 13 oktober) opgehaald op 13 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-physicists-entangled-states-programmable-quantum.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.