数字量子计算机上涌现的离散时间晶体:热化减速的边界保护与辅助诱导无序机制
周期驱动(Floquet)系统通常会因持续吸收能量而演化至无限温度热态。然而在达到平衡前,这些系统可能短暂呈现长寿命的预热态,并孕育出离散时间晶体(DTC)等奇异非平衡现象。该工作通过IBM量子“鹰”与“苍鹭”处理器上的 kicked Ising 模型,研究了周期驱动乘积态的弛豫动力学。研究人员利用辅助量子比特调控相互作用,在具有重六边形连接的超导量子比特上构建了Kagome和Lieb晶格。在两种晶格中,他们发现了由辅助量子比特量子噪声诱导的两种不同类型DTC:I型DTC源于边界模的稳健倍频振荡(通过对称性电荷泵浦机制稳定),其因辅助比特噪声重新分布至体区;II型DTC则出现于无电荷泵浦量子比特的系统中——量子噪声意外地稳定了本应快速衰减的倍频振荡。在噪声更大的“鹰”处理器(ibm_kyiv)上,该团队在53量子比特Kagome晶格中分别观测到含有/不含有电荷泵浦量子比特的I型与II型DTC。而在噪声较低的“苍鹭”处理器(ibm_marrakesh)上,由于体区分布被抑制,82量子比特Kagome晶格与40量子比特Lieb晶格中的倍频振荡仅局限于边界局域模式。这些实验结果得到了含噪声矩阵乘积态模拟的验证,其中辅助比特噪声被建模为双量子比特门旋转角的随机符号翻转。该研究证明辅助量子比特的量子噪声可催生新型预热动力学相,包括边界保护型与噪声诱导型DTC。



