DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09456-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40931155
تاريخ النشر: 2025-09-10
المؤلف: Melissa Will وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة الكم ذات الجسيمات المتعددة
نظرة عامة
يعتبر نموذج فلوكيت كيتاييف بمثابة نظير مدفوع دوريًا لنموذج كيتاييف الشهير، والذي يعد أساسيًا لفهم السوائل الكمية المغزلية في حالة التوازن. كما هو موضح في المرجع 6، يوفر هذا النموذج إطارًا قابلًا للحل تمامًا لاستكشاف النظام الطوبولوجي فلوكيت (FTO). يتميز بدرجات حرية مغزلية 1/2 موضوعة عند رؤوس شبكة الشهد، كما هو موضح في الشكل 1a.
لا يمتد هذا النموذج فقط بمفاهيم نموذج كيتاييف الأصلي إلى مجال الأنظمة المدفوعة دوريًا، بل يعزز أيضًا فهم الأطوار الطوبولوجية في البيئات غير المتوازنة. يقدم الدفع الدوري ديناميات وتفاعلات جديدة تعتبر حاسمة لاستكشاف خصائص السوائل الكمية المغزلية وإمكاناتها في الحوسبة الكمية وعلوم المواد.
طرق
في هذا القسم، يصف المؤلفون الإجراءات التجريبية لتنفيذ بوابات Controlled-Z (CZ) وC-PHASE. يتم تحقيق هذه البوابات عن طريق ضبط تباعد الكيوبت بالقرب من عدم التناسق واستخدام انتقال غير أدبي بين الحالات \(|11\rangle\) و\(|20\rangle\) لتحقيق زاوية C-PHASE عشوائية مع تقليل التسرب. المصادر الرئيسية للخطأ المحددة مرتبطة ببوابات CZ/C-PHASE المتشابكة وعملية القراءة النهائية، كما هو موضح في الشكل 2a من البيانات الموسعة.
لتحسين أداء الكيوبتات، والمقومات، ومعلمات القراءة، استخدم الباحثون مُحسِّن Snake. بالإضافة إلى ذلك، لاحظوا أن أخطاء بوابات الميكروويف ذات الكيوبت الواحد تساهم بشكل أقل أهمية في ميزانية الخطأ العامة، حيث تم معايرة هذه البوابات باستخدام أدوات المعايرة Optimus من Google.
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون الديناميات وخصائص نموذج فلوكيت كيتاييف، مع التركيز على ظهور الأطوار غير المتوازنة من المادة، وخاصة النظام الطوبولوجي فلوكيت (FTO). يستخدم النموذج اقترانات إيسين المعتمدة على الاتجاه الممثلة بواسطة مشغلات مايورانا، مما يسمح باستكشاف مختلف الأطوار غير المتوازنة من خلال التطور المتقطع. تحكم الديناميات بواسطة معلمة دفع \( J_T \)، مع توقع وجود طور FTO بالقرب من \( J_T = 1 \). يوضح المؤلفون تصور الإثارات مايورانا ودينامياتها، كاشفين عن أوضاع حافة شيرالية تظهر إحصائيات تبادل غير تافهة، تتميز بتراكم الطور المعتمد على توازن الفيرميون.
يستكشف القسم أيضًا متانة أوضاع الحافة والنظام الطوبولوجي غير المتوازن في الكتلة، مقدمًا معلمة ترتيب تتأرجح بين +1 و -1 في طور FTO، مما يدل على تحويل الأنيون. تظهر النتائج التجريبية أن الاهتزازات تستمر حتى تحت الاضطرابات، مما يشير إلى الاستقرار ضد الفوضى. يختتم المؤلفون بالتأكيد على إمكانيات المعالجات الكمية الرقمية لاستكشاف الأطوار غير المتوازنة، داعين إلى تطوير معلمات ترتيب جديدة لوصف هذه الأنظمة الديناميكية المعقدة. تؤكد النتائج على الظواهر الفريدة للنظام الطوبولوجي غير المتوازن، الذي لا يزال غير مستكشف إلى حد كبير في مجال فيزياء المادة المكثفة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09456-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40931155
Publication Date: 2025-09-10
Author(s): Melissa Will et al.
Primary Topic: Quantum many-body systems
Overview
The Floquet Kitaev model serves as a periodically driven counterpart to Kitaev’s honeycomb model, which is foundational for understanding quantum spin liquids in equilibrium. As detailed in reference 6, this model offers an exactly solvable framework for exploring Floquet topological order (FTO). It features spin-1/2 degrees of freedom positioned at the vertices of a honeycomb lattice, as illustrated in Figure 1a.
This model not only extends the concepts of the original Kitaev model into the realm of periodically driven systems but also enhances the understanding of topological phases in non-equilibrium settings. The periodic driving introduces novel dynamics and interactions that are crucial for investigating the properties of quantum spin liquids and their potential applications in quantum computing and materials science.
Methods
In this section, the authors describe the experimental procedures for implementing Controlled-Z (CZ) and C-PHASE gates. These gates are realized by tuning the qubit detuning near the anharmonicity and utilizing a diabatic transition between the states \(|11\rangle\) and \(|20\rangle\) to achieve an arbitrary C-PHASE angle while minimizing leakage. The primary sources of error identified are associated with the CZ/C-PHASE entangling gates and the final readout process, as illustrated in Extended Data Figure 2a.
To optimize the performance of the qubits, couplers, and readout parameters, the researchers employed the Snake optimizer. Additionally, they noted that single-qubit microwave gate errors contribute less significantly to the overall error budget, with these gates being calibrated using Google’s Optimus calibration tools.
Discussion
In this section, the authors discuss the dynamics and properties of a Floquet Kitaev model, emphasizing the emergence of non-equilibrium phases of matter, particularly the Floquet topological order (FTO). The model utilizes direction-dependent Ising couplings represented by Majorana operators, allowing for the exploration of various non-equilibrium phases through stroboscopic evolution. The dynamics are governed by a driving parameter \( J_T \), with the FTO phase predicted to exist near \( J_T = 1 \). The authors demonstrate the visualization of Majorana excitations and their dynamics, revealing chiral edge modes that exhibit non-trivial exchange statistics, characterized by phase accumulation dependent on fermion parity.
The section further explores the robustness of edge modes and the bulk non-equilibrium topological order, introducing an order parameter that oscillates between +1 and -1 in the FTO phase, indicative of anyon transmutation. Experimental results show that the oscillations persist even under perturbations, suggesting stability against disorder. The authors conclude by highlighting the potential of digital quantum processors to investigate non-equilibrium phases, advocating for the development of new order parameters to characterize these complex dynamical systems. The findings underscore the unique phenomenology of non-equilibrium topological order, which remains largely unexplored in the field of condensed matter physics.