RIKEN科学家利用IBM超导量子处理器在大型二维量子系统中观测到离散时间晶体

技术研究 QuantumWire 2026-03-16 14:25
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2026年3月12日——由RIKEN紧急物质科学中心研究员新庄和也博士、RIKEN量子计算中心研究员关川和弘博士、RIKEN计算科学中心高级研究员白川智典博士、当时任职于RIKEN计算科学中心的孙荣阳博士,以及RIKEN先锋研究所首席研究员柚木清司博士组成的研究团队,成功利用IBM超导量子处理器在大型二维量子系统中观测到离散时间晶体和离散时间准晶体。

该团队使用133量子比特的IBM Quantum Heron处理器“ibm_torino”,通过数字量子模拟实现了周期性驱动的二维受踢伊辛模型,并展示了持续达100个驱动周期的离散时间晶体特征性稳定次谐波振荡。这些结果与在RIKEN超级计算机“富岳”上基于二维张量网络方法的经典模拟结果相互验证。

该工作提供了重要的实验基准,证明量子计算机能够探索接近或超越经典计算方法极限的量子多体系统非平衡动力学。

被驱离平衡态的量子多体系统会展现出平衡条件下不存在的新物相。其中典型案例是离散时间晶体——其物理观测量以驱动周期的整数倍振荡,从而打破周期性驱动施加的离散时间平移对称性。

实验数据在约50个周期内与基于二维张量网络方法的经典模拟定量吻合,证实了量子硬件观测的可靠性。超过该时间尺度后,由于纠缠快速增长,经典模拟变得愈发困难,而量子处理器仍能通过实验探索该区域。

这项工作展示了量子计算机作为科学发现工具的日益重要作用,它既能与“富岳”等经典高性能计算系统形成互补,又为研究复杂量子系统提供了新途径。