Ising Meson Spectroscopy on a Noisy Digital Quantum Simulator
本研究在IBM的NISQ量子模拟器上通过淬火实验计算了带纵场1+1维量子Ising模型的能谱，展示了数字量子模拟在分析强相互作用QFTs非微扰现象（如介子束缚态）方面的潜力，可作为传统数值方法的替代方案。
2024-06-10 cond-mat.mes-hall hep-ex quant-ph
Observation of a Many-Body Dynamical Phase Transition with a 53-Qubit Quantum Simulator
量子模拟器是一种受限的量子计算机，它控制量子比特之间的相互作用，可以映射到某些困难的量子多体问题。随着对更大数量的量子比特施加更多的控制，模拟器可以解决更广泛的问题，最终极限是可以解决一般类别的困难问题的通用量子计算机。我们使用一个量子模拟器组成的53量子比特来研究非平衡相变的横向磁场伊辛模型的磁性，在一个制度，传统的统计力学不适用。量子比特由捕获的离子自旋表示，可以在各种初始纯态中制备。我们应用具有可控强度和范围的全局远程伊辛相互作用，并以接近99%的效率测量每个单独的量子位。这允许单次测量任意多体相关性，用于直接探测动态相变和揭示依赖于量子位之间的长程相互作用和高连通性的计算上难以处理的特征。
2017-08-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulating Meson Scattering on Spin Quantum Simulators
针对量子模拟器中强子波包制备的难题，提出两种基于Ising自旋哈密顿量模拟器的复合粒子波包制备方法，经数值验证可实现高保真波包，并观测到具有显著实验信号的非弹性散射区域，为近期量子模拟高能碰撞提供了可行方案。
2025-06-08 cond-mat.quant-gas hep-ph nucl-th
Onset of a Quantum Phase Transition with a Trapped Ion Quantum Simulator
量子模拟器是一个良好控制的量子系统，它可以模拟另一个量子系统的行为，这可能需要指数级大的经典计算资源来理解。在20世纪80年代，费曼提出在标准可控量子系统上使用量子逻辑门来有效地模拟模型哈密顿量的行为。最近的实验利用囚禁离子和中性原子实现了外磁场作用下伊辛模型的量子模拟，并显示出对非平凡Ising耦合模式的几乎任意控制。在这里，我们使用激光冷却捕获的171-Yb+离子模拟磁的出现在一个相互作用的自旋系统通过实施一个完全连接的非均匀铁磁伊辛模型在横向磁场。为了将这种量子模拟与凝聚态物理联系起来，我们测量了适合于描述较大系统的可扩展的关联函数和序参量，例如磁化的各种时刻。通过增加伊辛耦合强度与外部场相比，从顺磁性到铁磁性顺序的交叉尖锐的系统是按比例从N = 2到9捕获的离子自旋。这指向量子相变的开始，当系统接近宏观尺度时，相变应该变得无限尖锐。我们比较测量的基态秩序的理论，这可能成为棘手的非均匀伊辛耦合的自旋数增长超过20- 30，甚至NP完全的一个完全连接的挫折伊辛模型，使这个实验的一个重要的基准大规模量子模拟。
2011-03-12 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-Ising Hamiltonian programming in trio, quartet, and sextet qubit systems
里德伯原子量子模拟器由于其对高维量子比特架构的可能性而引起人们的浓厚兴趣。在这里，我们报告的三维构象谱的量子伊辛哈密顿系统与编程量子比特连接。利用Rydberg原子量子模拟器，在二维或三维空间中构造了各种连通图，其中顶点和边分别代表原子和阻塞耦合，并在拓扑变换过程中探测了它们的本征能量.星，完整的，循环的，钻石图，和他们的几何中间体，测试四个原子和反棱镜结构的六个原子。光谱分辨率（dE/E）小于10%，结构变换引起的能级移动和合并与模型少体量子伊辛哈密顿量符合得很好.
2020-09-11 physics.atom-ph quant-ph
An electromechanical Ising machine
在由原子、离子、光子或电子组成的模拟器中解决棘手的数学问题最近成为人们强烈兴趣的主题。在这里，我们将这一概念扩展到声子，这些声子位于机电系统中的光谱纯共振中，从而使它们的相互作用能够通过电气手段进行精美的塑造。我们利用这个平台来模拟伊辛哈密顿量，其自旋1/2粒子由来自参数共振的相位振动复制，其中多个共振起着自旋浴的作用。机械伪自旋之间的耦合是通过产生热机械双模压缩态来产生的，热机械双模压缩态赋予可以根据需要模仿铁磁、随机或反铁磁状态的共振之间的相关性。这些结果表明，伊辛哈密顿量的机电模拟器可以用具有多个耦合度的大量自旋来构建，这是一项传统计算机无法完成的任务。
2015-05-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Catalysis of Magnetic Phase Transitions in a Quantum Simulator
我们控制量子涨落，以创建一个可调的纵向磁场使用6至10个原子离子自旋系统的经典伊辛模型的基态磁相位。由于长程伊辛相互作用，各种基态自旋组态被多个一级相变分开，这在我们的零温度系统中不能由热涨落驱动。相反，我们使用横向磁场作为量子催化剂来观察完整的分形魔鬼楼梯的第一步，它出现在热力学极限，可以映射到大量的多体和能量优化问题。
2013-06-25 quant-ph
Intrinsic phonon effects on analog quantum simulators with ultracold trapped ions
线性Paul阱最近被用来模拟具有长程自旋-自旋耦合的横场伊辛模型。我们研究了声子产生（从初始声子基态）对自旋态几率和自旋纠缠的内在影响。虽然人们通常认为声子效应是良性的，因为它们在纯伊辛模型中不起作用，但当向模型中加入横向场时，它们可以发挥重要作用。我们利用系统的量子时间演化算符的多体因式分解、绝热微扰理论和截断自旋-声子希尔伯特空间中薛定谔方程的精确数值积分以及声子自由度的追踪来研究这个问题。我们发现，适度的声子产生往往使不同自旋态的几率表现出与静态自旋哈密顿量不同的行为。在声子产生较小的情况下，自旋动力学状态概率收敛到静态自旋哈密顿预测，代价是减少自旋纠缠。我们展示了声子的产生如何严重阻碍了在受挫自旋系统中观察到的扭结转变时，离子的数量增加。我们的许多结果也对Penning阱中的量子模拟有意义。
2012-09-13 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quenches near criticality of the quantum Ising chain---power and limitations of the discrete truncated Wigner approximation
半经典离散截断Wigner近似（dTWA）是最近提出的一种模拟自旋- $1/2$系统的方法。虽然它似乎提供了一个强大的方法，在更高的维度和长程相互作用的系统中显示出有希望的结果，但它的性能仍然没有得到很好的理解。在这里，我们执行一个系统的基准上的一维横向场伊辛模型和点的限制后，突然淬火到量子临界制度的近似。我们的程序允许识别半经典模拟的局限性，并确定量子模拟器可以提供半经典无法获得的信息的制度和问题。
2018-05-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-ph
Quantum dynamics in frustrated Ising fullerenes
本文在具有共振二聚体的富勒烯 Ising 模型中实验展示量子涨落对简并基态流形的解除，并以其为基准验证多代超导量子退火器性能的显著提升。
2025-05-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Engineered 2D Ising interactions on a trapped-ion quantum simulator with hundreds of spins
长程量子自旋关联的存在是凝聚态系统中各种物理现象的基础，可能包括高温超导性。然而，奇异强关联自旋系统的许多性质（例如，自旋液体）已经证明很难研究，部分原因是涉及N体纠缠计算对于N~30个粒子就变得很难。费曼推测，量子模拟器--一种使用量子粒子（量子比特）构建的特殊用途“模拟”处理器--天生就擅长解决这类问题。在量子磁学的背景下，一些实验已经证明了这种方法的可行性。然而，量子磁性的模拟允许控制，可调的自旋之间的相互作用定位在2D和3D晶格上的几十个量子比特尚未得到证明，部分原因是实现大规模量子比特阵列的技术挑战。在这里，我们证明了一个可变范围的伊辛型自旋自旋相互作用J_ij上的数百个自旋1/2粒子（9 Be+离子存储在一个潘宁陷阱），计算相关的规模超过一个数量级大于现有的实验自然发生的二维三角晶格。我们证明了自旋相关的光偶极力可以产生反铁磁相互作用J_ij ~ 1/d_ij^a，其中a在0<a<3范围内可调，d_ij是自旋对之间的距离.这些幂律在物理上对应于无限程（a=0）、类库仑（a=1）、双极-偶极（a=2）和偶极-偶极（a=3）耦合。在实验上，我们证明了0.05<a<1.4与理论的良好一致性。这个演示再加上高自旋计数，出色的量子控制和低技术复杂性的潘宁陷阱带来了在量子磁学有趣的，否则计算棘手的问题触手可及的模拟。
2012-04-25 cond-mat.str-el physics.comp-ph quant-ph
Quantum annealing of Cayley-tree Ising spins at small scales
目前正致力于开发一种能够解决组合优化问题的量子退火机。挑战是哈密顿编程和大规模实现。在这里，我们报告的伊辛哈密顿程序的量子退火示范高达$N=22$自旋映射到各种凯莱树图。实验是在一个Rydberg原子量子模拟器上进行的，在这个模拟器中，铷原子以其里德伯原子和封闭的强耦合分别代表每个图的节点和边的方式排列在三维空间中.构造了三种不同的$Z=3$邻居和至多$S=4$壳层的Cayley树图，并探讨了它们的基态相位和Néel阶的形成.与模型计算结果一致，我们直接观察到了规则Cayley树中的反铁磁相和双中心Cayley树中的受抑竞争基态。这证明了在量子模拟器中进行高维量子比特连接编程的可能性。
2021-02-19 physics.atom-ph quant-ph
Probing critical behavior of long-range transverse-field Ising model through quantum Kibble-Zurek mechanism
捕获离子量子模拟器已经证明了高达数十个离子的不同物理模型的定性性质。特别是，在激光驱动下，线性离子链自然地具有长程伊辛相互作用，这已被用于各种现象，如量子相变、局域化、热化和信息传播。对于近期的实际应用，一个中心任务是找到更多的定量应用的噪声量子模拟器，是强大的参数中的小误差。在这里，我们报告的远程横向场伊辛模型使用多达61个离子的量子模拟和探测其量子相变通过Kibble-Zurek机制的临界行为。通过对耦合系数的标定和验证，我们实现了相同的模型，增加离子数，从而提取一个临界指数的有限尺寸效应。对于铁磁相互作用，我们的实验结果与以前的数值预测吻合得很好。对于反铁磁情况，由于相互作用中的挫折，信号太弱而不能拟合临界指数，但仍然与理论一致。
2022-12-30 quant-ph
Practical Entanglement Estimation for Spin-System Quantum Simulators
我们提出了实用的方法来测量纠缠的量子模拟器，可以实现与被困离子，冷原子，超导量子比特。专注于长距离和短距离伊辛型哈密顿量，我们介绍了适用于实际实验条件下的方案，包括混合性，例如，噪音或温度。特别是，我们确定了一个单一的观察，其期望值作为一个下界纠缠，这可能是由一个简单的量子线路。由于这样的电路（尚未）可用于每个平台，我们调查的性能，定期测量的可观测量作为定量纠缠证人。可能的应用包括临界系统中纠缠缩放的实验研究和量子模拟器的可靠基准测试。
2015-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.supr-con
Dual trapped-ion quantum simulators: an alternative route towards exotic quantum magnets
利用不同自旋模型之间的对偶关系，提出了一种对离子阱中奇异量子磁性进行量子模拟的方法。我们的策略允许一个可以实现与当前的技术从哈密顿开始，而一个异国情调的对偶模型的属性推断从测量的非本地的，字符串顺序，运营商。后者可以通过荧光或某些光谱测量来实现，这两者都可以通过控制双量子模拟器中的离子数量与有限尺寸标度相结合。我们应用这个概念提出了受抑量子磁体的量子模拟器，以及具有多自旋相互作用的伊辛模型。我们测试的有效性的想法，通过数值计算表明，一个理想的双量子模拟器的预测不定性修改的相关扰动，自然发生在捕获离子的情况。
2015-11-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Molecular nanomagnets as quantum simulators
量子模拟器是可用于模拟其他量子系统的可控系统。在这里，我们专注于插入反铁磁二聚体的分子量子比特链的动力学。我们从理论上证明了它的动力学可以通过均匀的磁脉冲来控制，并用来模拟其他量子系统的演化，包括费米子系统。我们提出了两个验证原理的实验，基于横向场的伊辛模型和自旋1系统中磁化的量子隧穿的模拟。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Quenches from the Critical Point: Theory and Experimental Validation in a Trapped-Ion Quantum Simulator
本文在囚禁离子量子模拟器中研究从临界点出发的量子淬火，通过缺陷数累积量的淬火深度普适标度验证了非平衡量子临界动力学的理论预言。
2025-07-01 quant-ph
Quantum simulation of one-dimensional fermionic systems with Ising Hamiltonians
提出基于畴壁编码的方法，利用带局部横向场的简单 Ising 型 Hamiltonian 模拟一维无自旋费米子系统，在原生 Ising 硬件上实现了对多种费米子多体系统性质的准确模拟。
2025-05-05 quant-ph
Probing finite-temperature observables in quantum simulators of spin systems with short-time dynamics
针对自旋系统量子模拟器难以制备有限温度态的问题，提出一种基于Jarzynski等式的算法，通过经典重要性采样和Loschmidt回波测量获取有限温度可观测量，可表征长程横场伊辛模型相变且对实验缺陷鲁棒。
2023-05-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Volumes of parent Hamiltonians for benchmarking quantum simulators
我们调查的相对体积的父哈密顿有一个目标基态到一些固定的错误$ε$，量子模拟器的性能设置一个基准的数量。对于消失的错误，这个相对体积是零的措施，而对于一个通用的$ε$，我们表明，它增加了希尔伯特空间的维数。我们还解决了父哈密顿量时，他们被限制为本地。对于几何不变的哈密顿量，我们提供了一个上限，他们的相对体积。最后，我们用数值方法估计了当目标态为横场中伊辛链的基态时，母体哈密顿量的相对体积。
2022-06-22 quant-ph
Quantum Bootstrapping via Compressed Quantum Hamiltonian Learning
最近的工作表明，量子模拟是一个有价值的工具，学习经验模型的量子系统。我们建立在这些结果的基础上，表明一个小的量子模拟器可以用来表征和学习控制模型，为较大的设备广泛的类物理现实的哈密顿。这为小型量子计算机带来了一个新的应用：表征和控制大型量子计算机。我们的协议通过使用贝叶斯推断与Lieb-Robinson边界和交互式量子学习方法相结合来实现这一点，以实现压缩模拟表征。Fisher信息分析表明，目前采用短时进化的方法是次优的，而交互式量子学习使我们能够克服这一限制。我们说明了我们的自举协议的效率，通过数值显示，8量子位的伊辛模型模拟器可以用来校准和控制50量子位的伊辛模拟器，同时只使用约750个单位的实验数据。
2015-03-30 quant-ph
String breaking dynamics in Ising chain with local vibrations
本文研究自旋与局域声子模式相干耦合的一维量子 Ising 模型，揭示弱耦合延缓弦断裂、强耦合使畴壁激发特征消解于多态耦合中的两种动力学机制。
2025-07-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Relaxation timescales and decay of correlations in a long-range interacting quantum simulator
研究了长程相互作用量子伊辛模型中关联函数的时间演化。对于一个大类的初始条件，得到精确的分析结果，在任意晶格尺寸，铁磁和反铁磁耦合，因此也在几何挫折的存在。在最近邻的情况下，我们发现，相关性衰减像拉伸或压缩指数的时间。提供的远程字符的相互作用是足够强的，明显的预热化高原观察和弛豫时间尺度被广泛分离。专门在两个空间维度的三角形晶格，我们建议利用这些结果为基准最近开发的离子阱量子模拟器。
2013-08-06 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Quantum phase transition dynamics in the two-dimensional transverse-field Ising model
量子Kibble-Zurek机制（QKZM）预言了量子相变（QPT）附近的普适动力学行为。对于一维量子物质，这一点现在已经很好地理解了。然而，高维系统仍然是一个挑战，由于相关的QPT和它们的基本共形场论的根本不同的性质而变得复杂。在这项工作中，我们采取了第一步的QKZM在二维相互作用的量子物质的理论探索。我们研究的动力学交叉的QPT在范式伊辛模型的现代国家的最先进的数值方法，包括人工神经网络和张量网络的共同努力。作为一个中心的结果，我们量化的通用QKZM行为接近QPT。我们还注意到，在进一步穿越到铁磁制度，从QKZM预测出现偏差。我们解释所观察到的行为，提出了一个{ \it扩展QKZM}考虑到频谱信息以及相位排序。我们的工作为更高维的量子模拟器提供了一个测试平台。
2022-10-25 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Many-Body Dephasing in a Trapped-Ion Quantum Simulator
封闭的相互作用量子多体系统如何作为时间的函数弛豫和退相是热力学和统计物理中的一个基本问题。在这项工作中，我们分析和观察持续的时间波动后，量子淬火的可调谐远程相互作用横向场伊辛哈密顿实现与囚禁离子量子模拟器。我们测量了自旋$1/2$粒子的有限尺寸系统的平均磁化强度的时间涨落。我们的实验在一个制度，系统的属性是密切相关的可积哈密顿与全球自旋-自旋耦合，这使得分析预测，即使是长时间的不可积动力学。的时间波动的解析表达式预测的时间波动的指数抑制随着系统的大小。我们的测量数据是一致的，我们的理论预测制度的多体退相。
2020-08-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Emergent disorder and sub-ballistic dynamics in quantum simulations of the Ising model using Rydberg atom arrays
Harvard University（哈佛大学）；Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密森天体物理中心）；University of Connecticut（康涅狄格大学）；QuEra Computing Inc.（QuEra计算公司）
本研究通过Rydberg原子阵列模拟TFIM模型，发现亚球速扩散和涌现无序现象，揭示了原子运动对许多体动力学的关键作用。
2025-09-03 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Observing the Nonequilibrium Dynamics of the Quantum Transverse-Field Ising Chain in Circuit QED
我们展示了如何在电路QED的框架下，利用现有的技术，模拟和实验探测含时横向磁场中的量子伊辛自旋链。该装置为研究相互作用多体系统的非平衡动力学提供了一个新的平台。我们计算了它的光谱，为它的初步实验表征提供了指导。我们证明，淬火动力学和传播的本地化激发可以观察到与建议的设置，并讨论进一步可能的应用和修改这个电路QED量子模拟器。
2013-01-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Experimental Performance of a Quantum Simulator: Optimizing Adiabatic Evolution and Identifying Many-Body Ground States
我们利用局域绝热演化方法，实验上建立并确定了一个具有14个自旋的全连通伊辛模型的基态自旋序。局部绝热演化-其中系统演化速率是瞬时能隙的函数-被发现与其他绝热方法相比最大化基态概率，同时只需要$2^N$哈密顿本征值的最低$\sim N$的知识。我们还表明，基态顺序可以被实验确定为所有可能的自旋配置的最可能的，即使当演化是高度非绝热的。
2013-05-10 quant-ph
Hamiltonian Learning and Certification Using Quantum Resources
近年来，量子模拟已经取得了长足的进步，最终在现有超级计算机无法轻易模拟的情况下进行实验。虽然这提高了专用模拟量子模拟器能够执行现有计算机无法执行的计算任务的可能性，但它也带来了一个重大挑战：证明量子模拟器实际上模拟了正确的量子动力学。我们提供了一个算法，在相对较弱的假设下，可以用来有效地推断一个大的，但不可信的量子模拟器使用可信的量子模拟器的哈密顿量。我们说明了这种方法的力量，通过数值计算表明，它可以廉价地学习大型挫折伊辛模型的哈密顿，证明量子资源可以使认证模拟量子模拟器易于处理。
2013-09-04 quant-ph
Gauged cooling of topological excitations and emergent fermions on quantum simulators
本文提出“规范冷却”协议，通过非局域编码和 $Z_2$ 规范场耦合，高效冷却量子伊辛模型拓扑激发（畴壁），并推广至费米子系统，实现低能态制备。
2025-03-30 cond-mat.str-el quant-ph
In situ upgrade of quantum simulators to universal computers
量子模拟器，可以复制量子系统动力学的机器，正在被建造为有用的设备，并被视为通用量子计算机的垫脚石。两者之间的一个关键区别是，计算机有能力执行构成算法的逻辑门。我们提出了一种学习如何有效地构建这些门的方法，通过使用模拟器进行最优控制本身。这就绕过了纯经典方法解决控制问题的两个主要问题：需要有一个精确的系统模型，以及一个比量子计算机更强大的经典计算机来执行所需的模拟。强有力的证据表明，该计划的规模多项式的量子位数，高达9量子位与伊辛相互作用的系统，提出了从不同的拓扑结构进行的数值模拟。这表明这种原位方法是将量子模拟器升级为计算机的实用方法。
2018-08-06 quant-ph
Mapping quantum chemical dynamics problems onto spin-lattice simulators
化学、材料、生物和大气性质的精确计算确定对广泛的健康和环境问题具有关键影响，但受到量子力学方法的计算缩放的深刻限制。量子化学研究的复杂性来自于电子相关方法的陡峭代数标度，以及研究核动力学和分子柔性的指数标度。迄今为止，将量子硬件应用于此类量子化学问题的努力主要集中在电子相关上。在这里，我们提供了一个框架，允许量子化学核动力学的解决方案，将这些映射到量子自旋晶格模拟器。以一个短强氢键系统为例，构造了单个Born-Oppenheimer表面上原子核自由度的哈密顿量，并说明了如何将其转化为广义伊辛模型的哈密顿量.然后，我们展示了一种方法来确定当地的领域和自旋自旋耦合需要完全匹配的分子和自旋晶格哈密顿。我们描述了一个协议，以确定现场和现场间的耦合参数，这伊辛哈密顿量的玻恩-奥本海默潜力和核动能运营商。我们的方法代表了用于研究量子核动力学的方法的范式转变，打开了使用量子计算系统解决电子结构和核动力学问题的可能性。
2021-06-08 physics.chem-ph quant-ph
Phase diagram of the dissipative quantum Ising model on a square lattice
在量子多体系统中，相互作用和耗散过程之间的竞争可以驱动不同量级的相变。利用集群方法和量子轨迹的组合，我们展示了如何系统地包含（经典和量子）非局部相关性在增加的距离是至关重要的，以确定结构的相图，以及在强相互作用的自旋系统的过渡的性质。在实际应用中，我们主要关注耗散量子伊辛模型：与非耗散情况相比，它的相图在文献中仍然是一个有争议的问题。当耗散沿相互作用方向的行为，我们预测重要的定量修改的一阶过渡边界的位置。在非相干弛豫场方向的情况下，我们的方法证实了二阶跃迁的存在，但不支持多临界点的可能存在。这些结果可以在最新的里德伯原子量子模拟器中得到验证。
2018-12-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic parameter optimization analysis of dynamical quantum critical phenomena in long-range transverse-field Ising chain
提出结合量子蒙特卡洛与随机参数优化的自动临界分析方法，精确测定长程横场伊辛链的临界指数，并验证σ=7/4为非普适区与二维经典伊辛区的边界。
2024-10-18 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph quant-ph
A superconducting circuit probe for analog quantum simulators
模拟量子模拟器可以通过模拟多体系统的哈密顿量来研究这些系统中的量子关联。量子模拟的一个基本问题是研究被模拟多体系统的性质。在这里，我们提出了一个电路QED方案，通过测量耦合到量子模拟器的超导谐振器的光谱来探测这样的属性。我们首先研究了这种方法的一般框架，并表明，谐振器的频谱是直接相关的谐振器和模拟器之间的耦合算子的关联函数。然后，我们将此方案的横向场伊辛模型的超导量子比特实现的模拟器，其中的谐振器频谱中的谐振峰对应的频率的基本激发。谐振器阻尼，量子比特退相干，谐振器的反作用的影响进行了讨论。该设置可用于探测广泛的多体模型。
2015-07-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum simulation of the Heisenberg XXZ model on a Rydberg atom array
Qilimanjaro Quantum Tech.（乞力马扎罗量子科技公司）；Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）；Barcelona Supercomputing Center（巴塞罗那超级计算中心）
本文在里德伯原子量子设备上实现了基于畴壁编码的方法，仅用伊辛哈密顿量模拟海森堡XXZ模型的时间演化，成功探测XY相和伊辛相并再现可观测量行为，扩展了模拟量子模拟器的工具箱。
2026-10-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.atom-ph
Can One Trust Quantum Simulators?
强关联量子系统的各种基本现象，如高$T_c$超导性、分数量子霍尔效应和夸克禁闭，仍有待于得到普遍接受的解释。主要的障碍是计算复杂性，即使是最简化的理论模型，旨在捕捉相关的量子相关的多体系统的兴趣。在他1982年的开创性论文[国际J理论。[物理学21，467]，理查德·费曼提出，这种模型可以通过一种新型计算机的“模拟”来解决，这种计算机的组成部分有效地由所需的量子多体动力学控制。在这个工程机器上进行测量，现在被称为“量子模拟器”，将揭示一些未知或难以计算的感兴趣模型的属性。我们认为，一个有用的量子模拟器必须满足四个条件：相关性，可控性，可靠性和效率。我们回顾了数字和模拟量子模拟器的当前状态。而到目前为止，大多数的重点，无论是理论上和实验上，一直在相关模型的可控性，我们在这里强调需要仔细分析的可靠性和效率的存在缺陷。我们讨论了无序和噪声如何影响这些条件，并说明了我们的关注与新的数值模拟的一个典型的例子：一个无序的量子自旋链由伊辛模型在横向磁场。我们发现，无序可以降低该模型的模拟量子模拟器的可靠性，虽然大的错误，局部观测值只为强水平的混乱。我们的结论是，问题的答案“我们可以信任量子模拟器吗？“是...一定程度上
2012-07-26 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Two dimensional kicked quantum Ising model: dynamical phase transitions
利用一个高效的单量子比特和双量子比特门模拟器，在图形处理单元上，研究了二维晶格上自旋为1/2的量子伊辛模型在周期性$δ$脉冲横向磁场驱动下的遍历性质.我们考虑三种不同的动力学性质：（i）水平密度和（ii）Floquet准能谱的水平间距分布，以及（iii）磁化分量的时间平均自相关函数。改变模型的参数，我们发现有序（非遍历）和量子混沌（遍历）相位之间的过渡，但平坦和非平坦谱密度之间的过渡{ \em不}对应于遍历和非遍历局部观测值之间的过渡。更令人惊讶的是，我们发现很好的协议的水平间距分布与随机矩阵理论的魏格纳surprise的几乎所有的参数值，除了模型基本上是非相互作用的，即使在该地区的地方，当地的可观的是不是遍历或谱密度是非平坦的。这些发现提出了问题的多功能性的解释水平间距分布在多体系统和强调的重要性的概念的地方。
2014-12-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermalization in the Quantum Ising Model - Approximations, Limits, and Beyond
我们提出了定量预测的量子模拟器实验伊辛模型从被困离子里德堡链，并显示如何热化，从而退相干时间，可以控制考虑共同的，独立的，和端盖耦合浴。我们发现：（一）独立浴使更快速的热化相比，一个共同的;（二）热化的时间尺度强烈依赖于伊辛相图中的位置;（三）对于一个共同的浴较大的系统尺寸显示显着放缓热化过程中;和（四）有限尺寸标度表明亚辐射效应减慢热化率向无限自旋链限制。我们发现，有必要处理完整的多通道Lindblad主方程，而不是常用的单通道局部Lindblad近似，使精确的预测在经典的计算机上。这种方法减少了量子比特的数量，人们可以实际上经典模拟的至少一个因素4，反过来又显示了量子优势，这种热化问题的一个因素4小量子比特数的开放量子系统，而不是封闭的。因此，我们的研究结果鼓励开放量子系统探索噪声的中间尺度量子技术。
2019-02-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Measuring nonequilibrium retarded spin-spin Green's functions in an ion-trap based quantum simulator
最近的工作提出了一个变种的拉姆齐干涉耦合自旋$1/2$系统，直接测量延迟自旋自旋格林函数。在此基础上，我们进一步研究了横场伊辛模型中的非平衡态迟滞自旋-自旋格林函数。我们推导出最低的四个谱矩来理解短时行为，并采用Lehmann表示来确定谱行为。我们模拟了一个非平衡量子自旋系统的Ramsey协议，该系统由基态和非绝热激发的高能态通过时间斜坡横向磁场的相干叠加组成。然后，我们应用拉姆齐光谱协议的最终哈密顿量，它有一个恒定的横场。短时间的行为直接关系到多体关联输运的Lieb-Robinson边界，而长时间的行为则与哈密顿量的激发谱有关。在数据分析中采用压缩感测以有效地提取该光谱。
2015-12-16 cond-mat.quant-gas quant-ph
Programmable quantum simulations on a trapped-ions quantum simulator with a global drive
本文在小规模囚禁离子量子模拟器上利用均匀同时驱动所有量子比特的简单全局场，实现可编程自旋哈密顿量模拟，并通过量子伊辛环演化测量与参数重构验证其高保真、长演化优势。
2025-01-08 quant-ph
Electromechanical Quantum Simulators
数字量子模拟器是量子计算机最具吸引力的应用之一。在这里，我们提出了一个通用的，可扩展的，和集成的量子计算平台的基础上可调非线性机电纳米振荡器。结果表明，非常高的单和两个量子比特门的操作精度可以实现在一个最小的架构，其中量子比特编码的非谐振动模式的机械纳米谐振器，其有效的耦合介导的虚拟波动的中间超导人工原子。一个有效的计划，以诱导大的单声子非线性纳米机电器件明确讨论，从而打开了这一方向的实验研究的路线。最后，我们明确地表明，可以达到非常高的精度的数字量子模拟的模型哈密顿，通过使用现实的实验参数在国家的最先进的设备，并考虑横向场伊辛模型作为一个范例。
2018-05-10 quant-ph
Observing the space- and time-dependent growth of correlations in dynamically tuned synthetic Ising antiferromagnets
我们探索人工一维和二维伊辛类量子反铁磁体的动力学与不同的晶格几何形状，通过使用里德堡量子模拟器多达36个自旋，我们动态调整的参数的哈密顿。我们观察到一个区域中的参数空间与反铁磁（AF）订购，虽然只有有限范围的相关性。我们系统地研究了斜坡速度对相关性及其随时间增长的影响。我们观察到的延迟，在他们的建设相关的传播速度有限的系统与短程相互作用。考虑到在单粒子水平上测量的实验缺陷，我们得到了很好的实验数据和数值模拟之间的协议。最后，我们开发了一个分析模型，基于演化算子的短时扩展，它捕获了观测到的相关性的空间结构，以及它们在时间上的积累。
2017-11-03 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Variational waveguide QED simulators
本文提出利用波导QED模拟器的可调范围发射器相互作用构造变分拟设，以更少门和参数精确求解XXZ与Ising量子临界自旋模型基态，并展示了其在噪声下的优势。
2023-02-03 quant-ph
A Site-Resolved 2D Quantum Simulator with Hundreds of Trapped Ions
该研究在二维离子阱系统中实现512个离子稳定囚禁与位点分辨读出，用300个离子完成可调长程伊辛模型量子模拟及动力学探测，为大规模离子阱量子模拟与NISQ算法运行奠定基础。
2024-04-11 quant-ph
Digital quantum simulators in a scalable architecture of hybrid spin-photon qubits
解决量子多体问题是物理学和物理化学中最大的挑战之一，因为使用经典计算机需要非常大的计算资源。通过直接模拟通过应用于量子位阵列的量子门的序列的时间演化，即通过实现数字量子模拟器，已经预见了一种解决方案。超导电路和谐振器正在成为量子计算架构的一个非常有前途的平台，但目前缺乏一个直接可扩展、通用和可实现的数字量子模拟器提案。在这里，我们提出了一个可行的方案来实现一个通用的量子模拟器与混合自旋光子量子比特的超导谐振器阵列，这是本质上可扩展的，并允许本地控制。作为代表性的例子，我们考虑的横向场伊辛模型，自旋1哈密顿量，和二维哈伯德模型，对于这些，我们数值模拟的计划，包括退相干的主要来源。此外，我们展示了如何规避潜在的有害影响的非均匀加宽的自旋系统。
2015-04-22 quant-ph
Complexity continuum within Ising formulation of NP problems
一个有前途的方法，以实现计算霸权的经典冯诺依曼架构探索经典和量子硬件作为伊辛机。伊辛哈密顿量的最小化是已知的NP-困难的问题，某些相互作用矩阵类，但不是所有的问题实例都同样难以优化。我们建议确定计算简单的情况下，一个“优化简单性标准”。这种优化的简单性，可以发现广泛的模型，从自旋玻璃k-正则最大切割问题。许多光学，光子和电子系统的神经形态架构，可以自然地操作，以优化满足这一标准的问题，因此，这些问题往往被选择来说明新的伊辛机的计算优势。我们进一步探讨了稀疏和密集模型的中间复杂性，通过分析循环耦合矩阵，可以“重新布线”，以引入更大的复杂性。一个令人信服的方法来区分容易和困难的情况下，在同一个NP难类的问题可以是一个起点，在开发一个标准化的程序，新兴的物理模拟器和物理启发的算法的性能评估。
2020-08-02 cond-mat.stat-mech cs.CC cs.ET
Spin systems as quantum simulators of quantum field theories in curved spacetimes
本文证明一般二维弯曲时空的量子场论可由一维环上自旋-1/2模型实现，建立参数对应字典，并以FLRW度量和伊辛模型为例模拟马约拉纳粒子产生及安鲁效应，为量子模拟弯曲时空现象提供可行途径。
2025-05-27 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech gr-qc
Multipartite-Entanglement Tomography of a Quantum Simulator
多体纠缠层析术，即相对于不同的集体算符计算的量子费舍尔信息（QFI），允许充分表征具有变程耦合的横向场中量子伊辛链的相图。特别是，它认识到相位源于远程反铁磁耦合，自旋压缩也共享的能力。此外，QFI定位的量子临界点，无论是零和非零质量间隙。在这种情况下，我们还将有限大小的幂律指数的QFI模型的临界指数，找到一个信号的共形不变性的故障在深长程制度。最后，考虑了有限温度对多体纠缠的影响，以及最终对相稳定性的影响。鉴于目前实现的模型与捕获的离子和潜在的可测量的QFI，我们的方法产生了一个有前途的战略，探测远程物理在可控的量子系统。
2018-09-04 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Surface criticality in the mixed-field Ising model with sign-inverted next-nearest-neighbor interaction
研究在Rydberg原子系统中实现符号反转的次近邻相互作用，并利用Ginzburg-Landau理论与平均场数值方法揭示混合场Ising模型中反铁磁与顺磁相一阶量子相变处的表面临界性及序参量对数发散。
2024-11-18 cond-mat.quant-gas quant-ph
The quantum transverse-field Ising chain in circuit QED: effects of disorder on the nonequilibrium dynamics
我们研究了最近提出的电路QED框架下实现的量子横场伊辛链的几个动力学性质。特别强调的是放在系统的非平衡行为的无序的影响。我们表明，少量的制造引起的系统参数的混乱不危及观察到的先前预测的现象。基于系统的平均自由程的数值提取，我们还提供了一个简单的定量估计电路QED量子模拟器的非平衡动力学的某些无序效应。我们讨论了从弱到强无序的过渡，其特征在于系统的波函数的安德森局域化的开始，以及它导致的质的不同的动力学。
2013-04-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Digital Quantum Simulation of Spin Systems in Superconducting Circuits
我们提出了一个数字量子模拟器的原型自旋模型的电路量子电动力学架构的实现。讨论了在共面波导微波谐振器中对传输子量子比特的海森堡模型和受抑伊辛模型进行量子模拟的可行性。此外，我们分析了这些模型的时间演化，并比较理想的自旋动力学与现实版本的量子模拟器。最后，我们讨论了开发超导电路数字量子模拟器工具箱的关键步骤。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Detecting scrambling via statistical correlations between randomized measurements on an NMR quantum simulator
无序相关器（OTOC）作为量子多体系统中量子信息置乱的一种度量，近年来受到了广泛的关注。OTOC的实验测量是相当具有挑战性的。现有的理论方案包括实施时间反演操作或使用辅助量子系统，因此只有少数实验报告。最近，提出了一种新的协议来检测OTOC使用随机测量之间的统计相关性。在这项工作中，我们使用这种新的测量方法在一个4量子比特的核磁共振量子模拟器上检测了一个kicked-伊辛模型的OTOC。在实验中，我们使用随机哈密顿演化来产生随机OTOC检测协议所需的随机操作。我们的实验结果与理论预测吻合良好，从而证实了协议的可行性。因此，我们的工作代表了一个步骤，探索现实的量子混沌动力学在复杂的量子系统。
2019-03-28 quant-ph
Kink correlations, domain size distribution, and the emptiness formation probability after the Kibble-Zurek quench in the quantum Ising chain
横向场的线性猝灭驱动量子伊辛链穿过从顺磁相到铁磁相的量子临界点。我们专注于正常和反常的费米扭结创建和湮灭运营商之间的二次算符。它们不仅依赖于Kibble-Zurek（KZ）相关长度，而且依赖于移相长度尺度，该尺度通过对数校正而不同于KZ长度。在铁磁相中的斜坡的额外减慢进一步增加退相长度并抑制异常相关器。的二次型矢量进入Pfweans，产生实验相关的扭结关联函数，铁磁畴尺寸的概率分布，以及密切相关的，空洞形成概率。后者采用块Toeplitz矩阵的Pfweian的形式，允许一些解析渐近线。最后，我们得到进一步的洞察到的结构的状态在斜坡结束时，通过解释它作为一个配对状态的费米子扭结的特点是其对波函数。所有这些量都对具有不同扭结数的本征态之间的量子相干性敏感，从而使它们成为量子模拟器平台的量子性的方便探针。
2022-07-15 cond-mat.quant-gas quant-ph
