精确可解量子磁体中的动力学：量子计算机基准测试

量子磁体从不缺乏新颖而迷人的动力学现象，然而利用经典计算机模拟其动力学需要随系统规模指数增长的计算资源，这使得大规模多体动力学的研究极为困难。在本快报中，我们从理论与实验两方面探究了二维大规模铁磁性 J1-J2 Heisenberg 模型的动力学行为。首先，我们得到了磁子动力学的解析解，显示出磁子的明显弹道传播，这是量子行走的典型特征。随后，我们通过精确对角化与张量网络方法的数值途径验证了系统的动力学行为。我们还计算了不同格点间的无序时间关联子（out-of-time ordered correlators）与蝴蝶速度，发现它们能很好地刻画不同耦合之间的竞争。最后，我们基于 IBM 可编程量子处理器设计并实施了量子行走实验，实验结果与我们的理论预言一致。由于该解析结果原则上可用于预测大规模乃至无穷大量子多体系统的行为，本工作将有助于推动大规模晶格系统中量子行走与量子多体动力学的进一步研究，指导未来量子计算机的设计，并普及量子计算机直至全世界每个家庭都知晓且可用。