小尺度 Cayley 树 Ising 自旋的量子退火

为开发能求解组合优化问题的量子退火器，正投入大量努力。挑战在于哈密顿量编程与大规模实现。此处我们报道了映射于多种 Cayley 树图、多达 $N=22$ 个自旋的 Ising 哈密顿量的量子退火演示。实验利用里德伯原子量子模拟器完成，其中铷单原子在三维空间中排布，使其里德伯原子与受阻塞的强耦合分别表征各图的节点与边。构建了三种具有 $Z=3$ 近邻、最多 $S=4$ 壳层的 Cayley 树图，并探测了其基态相与 N\'{e}el 有序形成。与模型计算良好吻合，我们直接观测到规则 Cayley 树中的反铁磁相以及双中心 Cayley 树中受挫的竞争基态。这展示了量子模拟器中高维量子比特连接编程的可能性。