数字化反绝热量子临界动力学

我们实验证明，数字化反绝热量子协议能够减少在快速穿越量子相变过程中产生的拓扑缺陷数量。为此，我们对从顺磁相驱动到铁磁相的一维和二维横向场伊辛模型进行了量子模拟。我们利用最多包含156个量子比特的基于超导云的量子处理器。我们的数据显示，数字化反绝热协议在快速淬火条件下将缺陷形成减少了高达48%——这一改进在当前噪声水平下通过数字化量子退火难以实现。实验结果与短演化时间的理论和数值预测紧密吻合，随后因硬件噪声而在较长时间偏离。在一维情况下，我们推导了快速淬火极限下缺陷数量分布的解析解。对于二维几何结构，由于解析解未知且数值模拟具有挑战性，我们采用了先进的矩阵乘积态方法。我们的发现表明了一种控制快速淬火过程中拓扑缺陷形成的实用方法，并突显了反绝热协议在当前量子处理器上用于量子优化和量子模拟以及材料设计的效用。