量子同步与嵌合态在可编程量子多体系统中的研究

同步性是经典非线性系统中集体行为的标志性特征,然而其作为相干量子系统中鲁棒多体现象的实现在很大程度上仍未被探索。该研究团队在可编程超导量子处理器上,通过Floquet相干动力学演示了对称性保护的量子同步现象和量子嵌合态。通过在IBM重六边形量子设备上实现二维海森堡模型的频闪演化,研究人员观察到初始相位随机化的自旋会自发形成跨越整个晶格的相干振荡。在28个量子比特系统中,即便对初始态施加强随机化,同步现象依然持续存在,并通过显式对称性破缺证实了SU(2)对称性的稳定作用。当规模扩展至156个量子比特时,系统呈现出质变行为:弱初始随机性下,全局同步效应遍布整个器件;强随机性条件下,系统虽无法实现全局同步,但在均匀幺正动力学下仍能保持量子比特子集的局域相位相干性。这种全局失步与局域同步的共存态构成了经典嵌合态的量子对应物。态矢量和矩阵乘积态模拟不仅重现了对称性保护的同步现象,也复现了嵌合共存态,证实这些现象源于Floquet多体动力学的本征特性。该工作将对称性保护同步和量子嵌合态确立为可编程量子多体系统中实验可及的非平衡动力学相,为量子调控研究提供了新范式。
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提交arXiv: 2026-03-12 13:26

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