Google Quantum AI and Collaborators

要約

量子多体系の動的挙動は、空間・時間的に離れた点における相関関数から再構成された量子観測量によって特徴づけられる1,2,3。しかし、急激なもつれの生成を伴う動的過程では、スクラムブリング（情報の拡散）の影響により、長時間にわたって量子観測量が基礎的な動的挙動の詳細に敏感でなくなる傾向がある。この制限を克服し、実験系において関連する動的挙動にアクセス可能にするため、繰り返し時間反転プロトコルが成功裏に実装されてきた4。本研究では、超伝導量子プロセッサ上において2次時間順序外相関関数（OTOC(2)）5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18を実験的に測定し、長時間スケールにおいてもその値が基礎的な動的挙動に依然として感応していることを確認した。さらに、OTOC(2)は、時間反転技術を用いなければ得られない、高度にもつれた量子多体系における量子相関を顕在化する。この現象は、量子時間発展中にパウリ演算子を挿入することにより、ヘイゼンベルク表示におけるパウリストリングの位相をランダム化する実験的手法によって実証された。このプロトコルによりOTOC(2)の測定値は顕著に変化し、配置空間において大きなループを形成するパウリストリング間の構成的干渉が明らかになった。観測された干渉メカニズムは、OTOC(2)に高い古典的シミュレーションの複雑性をもたらす。本研究の結果と、ハミルトニアン学習の具体例を通じて示されたOTOC(2)が量子動的挙動の有用な詳細を解明する能力を併せ持つことから、実用的な量子優位性への道筋が示唆された。