利用半导体电子电荷量子比特对 Kibble-Zurek 机制的量子模拟

Kibble-Zurek 机制提供了对对称性破缺相变中出现的拓扑结构的描述，其可表现为早期宇宙中的宇宙弦或超流体中的涡旋线。人们已经发现 Kibble-Zurek 机制与教科书中的量子现象 Landau-Zener 跃迁之间存在特别引人注目的类比，但至今仍难以观测。近年来，利用不同且控制良好的物理装置进行量子模拟引起了广泛兴趣，在这些装置中，充分的可调性使得人们能够探索未知的参数区间。在此，我们利用双量子点中的单电子电荷量子比特演示了 Kibble-Zurek 机制的原理验证性量子模拟，并将其设置为呈现 Landau-Zener 动力学。我们测量了作为驱动脉冲速度函数的量子比特态，并成功再现了拓扑缺陷密度对淬火速率的类 Kibble-Zurek 依赖关系。半导体二能级系统的高水平可控性使其成为测试拓扑缺陷形成过程关键要素的平台，并为非平衡相变方面提供了新见解。