量子遍历动力学边缘的相长干涉

以多点关联函数形式呈现的量子观测量,是表征量子多体系统动力学行为的关键要素[1-3]。在快速生成量子纠缠的动力学过程中,由于信息混洗效应,量子观测量通常会在长时间尺度上对底层动力学细节失去敏感性。实验系统中,通过实施重复时间反演协议,研究人员已成功恢复了量子观测量的灵敏度[4]。基于一台103量子比特的超导量子处理器,该团队采用二阶无序时序关联函数OTOC(2)对遍历动力学进行了系统表征[5-18]。与传统非时间反演动力学相比,观测发现OTOC(2)在长时间尺度上仍保持对底层动力学细节的敏感性。进一步通过在量子演化过程中插入泡利算子,并随机化海森堡绘景中泡利串的相位,研究人员观测到OTOC(2)数值发生显著变化。这表明OTOC(2)主要由构型空间中形成大回路的泡利串之间相长干涉所主导。这种观测到的干涉机制赋予OTOC(2)极高的经典模拟复杂度,最终通过一系列超越已知经典算法模拟能力的大规模OTOC(2)测量得以验证。结合通过OTOC(2)实现哈密顿量学习的实例,这些研究成果为实现实用化量子优势指明了一条可行路径。

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