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量子物理

arXiv:2510.01983 (quant-ph)
[提交于 2025年10月2日 ]

标题: 无序受激伊辛模型中多体局域化交叉的数字量子模拟

标题: Digital quantum simulation of many-body localization crossover in a disordered kicked Ising model

Authors:Tomoya Hayata, Kazuhiro Seki, Seiji Yunoki
摘要: 模拟量子多体系统的非平衡动力学是量子计算机最有前景的应用之一。 然而,在目前的噪声量子设备中,对哈密顿量演化的忠实数字量子模拟非常具有挑战性。 相反,通过使用较大的 Trotter 步长对哈密顿量演化进行 Trotter 分解所实现的 Floquet 演化下的非平衡动力学被认为是在当前或近期量子设备上进行模拟的合适问题。 在本工作中,我们提出在无序 Floquet 多体系统中将多体局域化交叉作为此类非平衡问题进行模拟。 作为演示,我们在 IBM Heron r2 超导量子比特设备 ibm\_fez 上使用$60$个量子比特(从可用的$156$个量子比特中选择)对重六边形晶格上的无序踢动伊辛模型进行了模拟。 我们计算了时间反向有序关联函数,作为多体局域化交叉的指示器。 通过时间反向有序关联函数的晚期行为,我们根据无序强度确定了量子混沌和多体局域化区域。 通过比较两种独立的误差缓解方法,即算符归一化方法和零噪声外推法,验证了结果的有效性。
摘要: Simulating nonequilibrium dynamics of quantum many-body systems is one of the most promising applications of quantum computers. However, a faithful digital quantum simulation of the Hamiltonian evolution is very challenging in the present noisy quantum devices. Instead, nonequilibrium dynamics under the Floquet evolution realized by the Trotter decomposition of the Hamiltonian evolution with a large Trotter step size is considered to be a suitable problem for simulating in the present or near-term quantum devices. In this work, we propose simulating the many-body localization crossover as such a nonequilibrium problem in the disordered Floquet many-body systems. As a demonstration, we simulate the many-body localization crossover in a disordered kicked Ising model on a heavy-hex lattice using $60$ qubits from $156$ qubits available in the IBM Heron r2 superconducting qubit device named ibm\_fez. We compute out-of-time-ordered correlators as an indicator of the many-body localization crossover. From the late-time behavior of out-of-time-ordered correlators, we locate the quantum chaotic and many-body localized regimes as a function of the disorder strength. The validity of the results is confirmed by comparing two independent error mitigation methods, that is, the operator renormalization method and zero-noise extrapolation.
评论: 11页,8图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 统计力学 (cond-mat.stat-mech); 高能物理 - 格点 (hep-lat); 高能物理 - 理论 (hep-th)
引用方式: arXiv:2510.01983 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2510.01983v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.01983
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)
期刊参考: RIKEN-iTHEMS-Report-25

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来自: Tomoya Hayata [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 10 月 2 日 12:57:19 UTC (3,696 KB)
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