皮皮虾科普网

皮皮虾科普网
分享国内外科学知识
皮皮虾科普网-国内外科学-科技-科普

将量子退火器引入非平衡物理实验

更新时间:2020-09-16 05:31点击:

  可以确定的是,当某些参数(例如温度)发生变化时,物质可以在不同的相位之间转换。尽管相变很常见(例如水在冰箱中变成冰),但控制这些过程的动力学非常复杂,在非平衡物理领域构成了突出的问题。

将量子退火器引入非平衡物理实验

  当系统经历相变时,新相中的物质可以采用许多可能在能量上相等的“配置”。在这些情况下,系统的不同部分在称为“域”的区域上采用不同的配置。这些域之间的接口被称为拓扑缺陷,减少这些缺陷的形成数量在许多应用中具有极大的价值。

  减少缺陷的一种常用策略是使系统缓慢地通过相变。实际上,根据“ Kibble-Zurek”机制(KZM),可以预测缺陷的平均数目和相变的驱动时间遵循通用幂定律。然而,在量子系统中对KZM进行实验测试仍然是梦goal以求的目标。

  在《物理评论研究》(Physical Review Research)上发表的最新研究中,由日本东京工业大学的名誉教授Nishimori教授带领的一组科学家在两个商业化的量子退火器中探究了KZM的有效性,这是一种设计用于解决复杂问题的量子计算机。优化问题。这些被称为D-Wave退火炉的设备可以重建可控的量子系统并控制其随时间的演变,从而为KZM提供了合适的实验测试平台。

  首先,科学家们检查了平均缺陷数与由KZM预测的退火时间(相变的驱动时间)之间的“幂定律”是否对称为“一维横向场Ising模型”的量子磁性系统保持不变。 。” 该模型表示“磁偶极子”长链的方向(自旋),其中均匀区域被缺陷分隔开,这些缺陷被视为指向错误方向的相邻自旋。

  尽管有关该缺陷平均数的KZM原始预测在此系统中是有效的,但科学家们却进一步采取了这种措施:尽管KZM的这种扩展最初是为不受外部参数影响的完全“隔离”的量子系统而设计的,甚至在“开放”量子系统D-Wave退火炉中,也发现其预测与实验结果之间有很好的一致性。

  受到这些结果的鼓舞,Nishimori教授指出:“我们的工作提供了在多体开放量子系统中进行普遍临界动力学的首次实验测试。它还构成了超越原始KZM的某些物理学的首次测试,提供了有力的实验证据,证明了广义理论超越了理论上确立的效力范围。”

  这项研究展示了量子退火器执行量子系统模拟的潜力,并且还有助于深入了解物理的其他领域。在这方面,Nishimori教授指出:“我们的结果利用量子退火设备作为测试和探索非平衡物理前沿的平台。我们希望我们的工作将激发结合量子退火和其他非平衡物理原理的进一步研究。” 希望这项研究还将促进量子退火器在实验物理学中的使用。毕竟,谁不喜欢为工具找到新用途?


将量子退火器引入非平衡物理实验