在数字量子计算机上准备 100 比特的对称保护拓扑序
量子物理
2026-03-09 v1
摘要
对称保护拓扑（SPT）相位延续了量子物质的 Landau 范式，通过容许存在无局部序参量的不同对称保持相来实现。将这些相在可编程量子处理器上按规模演示，是使用量子硬件探索涌现众体现象的关键里程碑，然而由于捕获非平凡纠缠通常需要较深的电路，实际操作受阻。本文我们采用基于张量网络的近似量子编译（AQC）协议，构建浅层量子电路（18-39 CNOT 深度），准备了 100 站点自旋 1/2 键交替 Heisenberg 链中两种 SPT 相位的基态，保真度达 97.9%-99.0%。在执行 IBM 量子硬件后，所得状态显示出包括最长达长度 20 的非局域字符串序、缠结光谱特征退化性以及清晰对称保护边缘模式等所有 SPT 序的定义性特征。这些独立诊断的同步观察表明当前量子计算机已是大规模探索对称保护量子物质的通用平台。更广泛地说，我们的结果为探索此类系统在经典计算方法难以应对的条件下的非平衡激励动力学奠定了实用基础。
引用
@article{arxiv.2603.06325,
title = {Preparing 100-qubit symmetry-protected topological order on a digital quantum computer},
author = {George Pennington and Kevin C. Smith and James R. Garrison and Lachlan P. Lindoy and Jason Crain and Ben Jaderberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.06325},
year = {2026}
}