在 1,800 个量子比特可编程晶格中对拓扑现象的观测

Berezinskii、Kosterlitz 与 Thouless 在 1970 年代的著名工作揭示了由低维材料（如超流体与超导体的薄膜）拓扑性质所支配的奇异物质相。该现象的关键在于角自由度中涡旋与反涡旋的出现和相互作用——以经典 XY 模型为典型——源于热涨落。在二维 Ising 模型中，经典情形下不存在此角自由度，但加入横向场后，它可由阻挫与量子涨落之间的相互作用产生。因此，理论及模拟均预言该量子系统中存在 Kosterlitz-Thouless（KT）相变。本文中，我们在由 1,800 个原位可编程超导磁通量子比特组成、排布为完全阻挫方-八边形晶格的网络中，展示了这一现象的大规模量子模拟。对临界行为至关重要的是，我们观测到具有连续旋转对称性的复序参量的出现，以及当系统趋近临界温度时准长程有序的起始。我们采用一种简单但此前未演示过的、基于退火量子处理器的统计估计方法，在反向量子退火协议链中执行蒙特卡洛采样。观测结果与跨越一系列哈密顿量参数的经典模拟一致。我们预期这种将量子处理器用作可编程磁晶格的方法，将在奇异材料的模拟与开发中广为应用。