256-qubitprocessor van Pasqal vindt in kwantummagneet een vertraging die de theorie niet voorspelde
Een door Pasqal geleide preprint meldt een onverwachte vertraging van de relaxatie in een 2D-kwantummagneet van 256 neutrale atomen, waar drie tensornetwerkmethoden de grip verliezen.
Deze pagina is vertaald vanuit het Engels. Bedrijfs- en productnamen en bronlinks zijn ongewijzigd. Lees het origineel in het Engels
Pasqal zegt dat zijn neutrale-atoomprocessor met 256 qubits in een tweedimensionale kwantummagneet gedrag heeft blootgelegd dat de huidige theorie niet had voorzien. In een preprint die is uitgebracht met het Center for Computational Quantum Physics van het Flatiron Institute, de Universiteit van Augsburg, het Forschungszentrum Jülich, de Universiteit van Regensburg en het Institut d'Optique–CNRS meldt het team dat de magneet onder bepaalde omstandigheden na een plotselinge verstoring veel langer nodig heeft om tot rust te komen dan verwacht, in een regime waarin toonaangevende klassieke simulatiemethoden het niet meer met elkaar eens zijn.
Wat werd aangekondigd
Pasqal maakte het resultaat op 27 oktober bekend en plaatste het artikel Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor op arXiv. Het bedrijf ziet het als een verschuiving: van kwantumprocessors gebruiken om bekende natuurkunde te reproduceren naar ze inzetten om gedrag te ontdekken dat onderzoekers niet hadden voorzien. Het werk bouwt voort op eerder onderzoek waarin dezelfde machine het gedrag van een echt magnetisch kristal nabootste.
De technische details
In het experiment werden 256 rubidium-87-atomen in een vierkant raster van 16×16 geplaatst, waarbij de grondtoestand en een Rydbergtoestand van elk atoom als qubit dienden. Het systeem simuleerde het tweedimensionale Ising-model in een transversaal veld, een referentiemodel voor magnetisme. Vanuit een volledig gepolariseerde toestand veranderden de onderzoekers abrupt de Hamiltoniaan, een zogenoemde 'quench', en volgden ze hoe correlaties relaxeerden bij verschillende verhoudingen tussen transversaal veld en interactiesterkte.
Ze vonden drie regimes. Nabij de dynamische faseovergang, rond een verhouding van 2,5, thermaliseerde het systeem snel. Bij een sterk veld van 6,0 kwam het terecht op een langlevend prethermisch plateau dat wordt beschreven door een effectief model van het XY-type. Bij een tussenwaarde van 3,5 vertraagde de relaxatie duidelijk en bleven de correlaties ver na de gebruikelijke tijdschaal ver van hun thermische waarden. De auteurs schrijven dat ze voor deze vertraging nog geen duidelijke verklaring hebben.
Ter controle vergeleek het team de gegevens met drie tensornetwerkmethoden: tweedimensionale tensornetwerken, matrixproducttoestanden en boomtensornetwerken. Alle drie kwamen in het begin overeen met de processor en weken later af van de metingen en van elkaar. De resultaten van de processor bleven consistent naarmate het systeem groter werd. Ruismodellering, correctie van meetfouten en exacte simulaties op roosters van 5×5 ondersteunden de conclusie dat de vertraging veeldeeltjesfysica weerspiegelt en geen hardware-artefact is.
Waarom het ertoe doet
Hoe wisselwerkende kwantumsystemen in twee dimensies ver van evenwicht relaxeren, is een lastig open probleem, precies het soort vraag waarbij analoge kwantumsimulatoren nuttig zouden moeten zijn. Pasqal en zijn partners zeggen uitdrukkelijk dat het werk geen computationeel kwantumvoordeel aantoont. Ze presenteren het eerder als bewijs dat zulke processors kunnen dienen als aanvullende wetenschappelijke instrumenten waar theorie en klassieke numerieke methoden tekortschieten.
"We reproduceren niet simpelweg wat we al weten, maar ontdekken gedrag dat we niet hadden verwacht", zei Loïc Henriet, CTO van Pasqal.
Waar je op moet letten
Het artikel is een preprint, dus peerreview en pogingen van andere groepen, zowel experimenteel als klassiek, om de vertraging te verklaren zijn de volgende stappen. De auteurs zien arrays van Rydbergatomen als een belangrijk platform voor de open vragen die ze benoemen, en zeggen dat lopende verbeteringen in coherentietijden de weg openen naar systematische schaalanalyses bij eindige grootte en eindige tijd.
Bronnen
De feiten op deze pagina zijn afkomstig uit onderstaande bronnen, verzameld door DesignQuantum.
- Pasqal's Neutral-Atom Processor Uncovers Quantum Magnet Behavior That Theory Did Not Predict (Pasqal press release) pasqal.com
- Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor (arXiv preprint) arxiv.org
- Pasqal 256-Qubit Neutral-Atom Processor Observes Unpredicted Slowdown in 2D Quantum Magnet Dynamics (Quantum Computing Report) quantumcomputingreport.com