在数字量子计算机上制备100量子比特的对称保护拓扑序

对称性保护拓扑(SPT)相拓展了量子物质的朗道范式,允许存在缺乏任何局域序参量却具有独特对称性保护特征的量子相。在可编程量子处理器上大规模实现这类物相,是利用量子硬件探索涌现多体现象的关键里程碑,但传统上制备非平庸量子纠缠所需的电路深度阻碍了这一目标。该研究团队基于张量网络的近似量子编译(AQC)协议,构建了浅层量子电路(18-39个CNOT门深度),以97.9%-99.0%的保真度制备了100个位点的自旋-1/2键交替海森堡链在两个SPT相中的基态。当这些电路在IBM量子硬件上运行时,所制备态展现出SPT序的所有关键特征:包括长度达20的非局域弦序参量、纠缠谱中的特征简并度,以及对称性保护边缘模式的明确证据。这些独立诊断特征的同时观测,确立了当前量子计算机作为研究对称性保护量子物质的大规模通用平台的地位。更广泛而言,该工作为在经典计算方法难以应对的领域探测此类系统的非平衡淬火动力学奠定了实践基础。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-03-06 14:27

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