Fig. 1 Evolução temporal da magnetização e magnetização média no tempo em função do campo transversal. Crédito:IOP
A simulação quântica usa um sistema quântico controlável para imitar sistemas complexos ou resolver problemas intratáveis, entre os quais os problemas de não equilíbrio dos sistemas quânticos de muitos corpos têm atraído amplo interesse de pesquisa. Esses sistemas são difíceis de simular usando computadores clássicos. Em vez de, simuladores quânticos populares, como circuitos supercondutores, pode fornecer informações sobre esses problemas. Como avanços consideráveis foram feitos na escalabilidade, coerência e controlabilidade, circuitos supercondutores tornaram-se uma das plataformas de simulação quântica mais importantes.
Recentemente, um grupo de pesquisa do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Zhejiang e RIKEN no Japão, realizou com sucesso a simulação quântica de transições de fase dinâmica em um modelo de Lipkin-Meshkov-Glick com um simulador quântico supercondutor de 16 qubit.
A transição de fase dinâmica (DPT) é uma espécie de transição de fase de não-equilíbrio e tem sido investigada teoricamente em vários modelos quânticos de muitos corpos. Existem dois tipos de DPT. O primeiro tipo (DPT-1) concentra-se no parâmetro de ordem de não equilíbrio, enquanto o segundo tipo (DPT-2) é caracterizado pelos comportamentos não analíticos do eco Loschmidt associado aos zeros de Lee-Yang-Fisher na mecânica estatística. Outras investigações teóricas e numéricas revelaram que DPT-1 e DPT-2 podem ser estudados na mesma estrutura.
O processador quântico integra 20 qubits supercondutores, todos acoplados a um barramento ressonador comum, que foi usado para gerar estados de gato de Schrödinger em trabalhos anteriores. Desta vez, 16 qubits foram usados para projetar o modelo Lipkin-Meshkov-Glick (LMG) aplicando campo transversal controlável a cada qubit. O sistema é conduzido a um estado de não equilíbrio com microondas e então evolui sob o modelo LMG.
Fig. 2 Evolução temporal do eco Loschmidt. Crédito:IOP
Os pesquisadores primeiro observaram as características típicas do DPT-1. Para o pequeno campo transversal, o sistema permanece na fase ferromagnética dinâmica (DFP), e a magnetização exibe um relaxamento lento. Contudo, dado um forte campo transversal, o sistema entra na fase paramagnética dinâmica (DPP), em que a magnetização exibe uma grande oscilação em um momento inicial e se aproxima de zero no limite de tempo longo. A magnetização média do tempo como o parâmetro de ordem de não equilíbrio é zero no DPP, enquanto se torna finito no DFP.
Em seguida, eles demonstraram a existência dos zeros do eco Loschmidt no DPP, sugerindo a relação entre DPT-1 e DPT-2. Além disso, os pesquisadores exploraram os DPTs de uma nova perspectiva. Eles estudaram o spin squeezing mínimo como uma prova da transição de fase.
Fig. 3 O parâmetro mínimo de spin-squeezing em função do campo transversal. Crédito:IOP
Os resultados experimentais mostram que o valor mínimo dos parâmetros de spin-squeezing pode ser alcançado muito próximo do ponto crítico do DPT. Isso indica uma aplicação potencial do DPT à metrologia quântica.
Este estudo, intitulado "Sondando transições de fase dinâmica com um simulador quântico supercondutor, "foi publicado em Avanços da Ciência .
