256-кубитный процессор Pasqal обнаружил в квантовом магните замедление, которого не предсказывала теория
Препринт под руководством Pasqal сообщает о неожиданном замедлении релаксации в двумерном квантовом магните из 256 нейтральных атомов, где три тензорно-сетевых метода теряют точность.
Эта страница переведена с английского. Названия компаний и продуктов, а также ссылки на источники оставлены без изменений. Читать оригинал на английском
Pasqal заявляет, что её процессор на нейтральных атомах с 256 кубитами выявил в двумерном квантовом магните поведение, которого не предвидела современная теория. В препринте, подготовленном вместе с Center for Computational Quantum Physics при Flatiron Institute, Аугсбургским университетом, Forschungszentrum Jülich, Регенсбургским университетом и Institut d'Optique–CNRS, команда сообщает, что при определённых условиях магнит после резкого возмущения успокаивается гораздо дольше ожидаемого — в режиме, где ведущие классические методы моделирования перестают согласовываться друг с другом.
Что было объявлено
Pasqal объявила о результате 27 октября и разместила на arXiv статью Exploring the Relaxation Landscape of a 2D Quantum Magnet on a 256-Qubit Processor. Компания представляет её как переход от использования квантовых процессоров для воспроизведения известной физики к открытию поведения, которого исследователи не предвидели. Работа продолжает более раннее исследование, в котором та же машина воспроизвела поведение реального магнитного кристалла.
Технические подробности
В эксперименте 256 атомов рубидия-87 расположили в квадратной решётке 16×16, а в качестве кубита использовали основное и ридберговское состояния каждого атома. Система моделировала двумерную модель Изинга в поперечном поле — одну из эталонных моделей магнетизма. Начав с полностью поляризованного состояния, исследователи резко меняли гамильтониан (так называемый «квенч») и наблюдали, как релаксируют корреляции при разных отношениях поперечного поля к силе взаимодействия.
Было обнаружено три режима. Вблизи динамического фазового перехода, при отношении около 2,5, система быстро термализовалась. В сильном поле 6,0 она выходила на долгоживущее предтепловое плато, описываемое эффективной моделью XY-типа. При промежуточном значении 3,5 релаксация заметно замедлялась: корреляции оставались далеко от тепловых значений намного дольше обычного масштаба времени. Авторы пишут, что пока не имеют чёткого объяснения этого замедления.
Для проверки команда сравнила данные с тремя тензорно-сетевыми методами: двумерными тензорными сетями, состояниями матричного произведения и древовидными тензорными сетями. Все три совпадали с процессором на ранних временах, а затем расходились с измерениями и друг с другом. Результаты процессора оставались согласованными при росте размера системы. Моделирование шума, коррекция ошибок измерения и точные расчёты на решётках 5×5 подтвердили вывод о том, что замедление отражает многочастичную физику, а не артефакт оборудования.
Почему это важно
Как взаимодействующие квантовые системы релаксируют вдали от равновесия в двух измерениях — сложная открытая проблема, и именно в таких вопросах аналоговые квантовые симуляторы должны быть полезны. Pasqal и партнёры прямо указывают, что работа не демонстрирует вычислительного квантового превосходства. Вместо этого они представляют её как свидетельство того, что такие процессоры могут служить дополнительными научными инструментами там, где теория и классические численные методы испытывают трудности.
«Мы не просто воспроизводим то, что уже знаем, а открываем поведение, которого не ожидали», — сказал Лоик Анрие (Loïc Henriet), технический директор Pasqal.
За чем следить
Статья — препринт, поэтому следующими шагами станут рецензирование и попытки других групп, как экспериментальных, так и вычислительных, объяснить замедление. Авторы называют массивы ридберговских атомов ключевой платформой для обозначенных ими открытых вопросов и отмечают, что продолжающееся увеличение времён когерентности открывает путь к систематическому анализу скейлинга по конечному размеру и конечному времени.
Источники
Факты на этой странице взяты из указанных ниже источников и собраны 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