|全数字化量子模拟出手在量子芯片上“搭”出时间晶体( 二 )

论文共同第一作者、清华大学交叉信息研究院博士生蒋文杰说：“一般来讲，模拟量子多体物质的演化过程需要许多复杂的量子‘积木’ ，我们根据模型的物理特性，提出了一种用最少的‘积木’造房子的方法。 ”
“当要解决具体的问题时，只需要调用组合不同的‘积木’ ，而不需要更换芯片。 ”论文共同第一作者、浙大物理学院博士生张叙认为，数字化量子模拟是一条通往通用量子计算的必经之路。
此次，浙大研究团队首次尝试了“全数字化量子模拟”的实验方案。该方案在26量子比特的超导量子芯片上，通过操作高达240层深度的量子门，实现合作者的构思。相比于“类比量子模拟” ， “全数字化量子模拟”的通用性更强，具有更高的编程灵活度和量子门精度，能够执行更多种类的量子算法。
“从理论上讲，数字化模拟可以适用于许多物理系统的研究，而不限于某个系统。 ” 蒋文杰表示。
周期性呼应的首尾部链状晶体
通过全数字化量子模拟，联合团队首次成功模拟了一个由26个“准粒子”组成的链状拓扑时间晶体。在退相干时间内，处于边缘的量子比特自旋随驱动周期性而关联响应。这种响应对初始状态完全不敏感，呈现了受拓扑保护的鲁棒性，即对特性或参数摄动的不敏感性。通过调制系统的扰动，实验成功刻画了该拓扑相与平庸热化相的边界。
联合团队绘制了26个量子比特组成的链状拓扑时间晶体演化图，以便解释该现象。首尾两个“粒子”的自旋是长程纠缠的，它们会同时翻转并保持很长时间。在不同的时刻来看，中间的“粒子”没有稳定的关联，而首尾的“粒子”都会出现同时翻转和同时还原的现象，其周期为系统驱动的两倍。这种拓扑的性质，来源于对称性的保护。
张叙对拓扑时间晶体的演化过程做了生动的比喻：“就像一排小朋友听着耳机转圈圈，每个小朋友除了要根据自己听到的音乐节奏转圈圈，还要三三两两地合作完成杂技动作。这些特别设计的杂技动作具有拓扑性质，能通过量子效应将首尾两个小朋友的舞蹈‘纠缠’起来。即使音乐的节奏变了，仍可以观察到一头一尾两个小朋友之间存在稳定的‘默契’ ，也就是周期性地呈现某种呼应的现象。 ”
研究团队认为，这次拓扑时间晶体的成功模拟，证明在超导量子芯片上使用数字化量子模拟的可行性，将启发人们在超导量子计算平台探索更多的新物质和新现象。下一步，研究团队将继续拓展量子芯片的规模和性能，以模拟性质更新、尺度更广、物理内涵更丰富的量子问题，为量子算法的发展和应用提供基础性的平台。

|全数字化量子模拟出手 在量子芯片上“搭”出时间晶体( 二 )

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