סימולטורים קוונטיים מטפלים כעת בבעיות פיזיקה מורכבות, כגון הדינמיקה של מגנטים קוונטיים 1D והדמיון הפוטנציאלי שלהם לתופעות קלאסיות כמו הצטברות שלג. מחקרים עדכניים מאשרים כמה היבטים של תיאוריה זו, אך גם מדגיש את האתגרים באימות מלא של מעמד האוניברסליות של KPZ במערכות קוונטיות. קרדיט: Google LLC
סימולטורים קוונטיים חושפים תובנות חדשות לגבי מגנטים קוונטיים 1D, ומשווים את הדינמיקה שלהם לתופעות כמו התקבצות שלג.
סימולטורים קוונטיים מתקדמים במהירות ויכולים כעת להתמודד עם בעיות שהיו מוגבלות בעבר לפיזיקה תיאורטית וסימולציה מספרית. חוקרים ב-Google Quantum AI ומשתפי הפעולה שלהם הוכיחו את הפוטנציאל החדש הזה על ידי חקר דינמיקה במגנטים קוונטיים חד-ממדיים, תוך התמקדות ספציפית בשרשרות של חלקיקי ספין-1/2.
הם חקרו בעיית מכניקה סטטיסטית שעמדה במוקד תשומת הלב בשנים האחרונות: האם ניתן לתאר מגנט קוונטי 1D כזה באמצעות אותן משוואות כמו שלג שיורד ומתקבץ יחדיו? זה נראה מוזר ששתי המערכות יהיו מחוברות, אבל ב-2019, חוקרים מאוניברסיטת לובליאנה מצאו עדויות מספריות מרשימות שהובילו אותם להשערה שדינמיקת הספין במודל הספין-1⁄2 הייזנברג היא ב-Kardar-Parisi- מחלקה אוניברסלית של Zhang (KPZ), המבוססת על קנה המידה של פונקציית מתאם ספין-ספין בטמפרטורה אינסופית.
הדמיית מגנטיזציה בשרשרת ספין קוונטית של הייזנברג. קרדיט: Google LLC
משוואת KPZ הוצגה במקור כדי לתאר את הדינמיקה הסטוכסטית והלא-לינארית של ממשקים מונעים, והוכחה שהיא חלה על מגוון רחב של מערכות קלאסיות, כגון חזיתות גדלות של שריפות יער, השייכות למעמד האוניברסליות של KPZ. זה יהיה מפתיע אם מודל הספין-1⁄2 הייזנברג היה במעמד האוניברסליות הזה, כפי ששיערו החוקרים בלובליאנה, מכיוון שהוא ליניארי ולא סטוכסטי, בניגוד למערכות האחרות בכיתה זו.
תובנות ניסיוניות מסימולציות קוונטיות
בשנת 2022, סימולציות קוונטיות החלו לשפוך אור על שאלה זו עם ניסויים באטומים קרים שבוצעו על ידי חוקרים ב- Max-Planck-Institut für Quantenoptik. על ידי לימוד הרפיה של חוסר איזון ראשוני של הספינים המגנטיים, הם מצאו ראיות ניסיוניות התומכות בהשערה זו, שפורסמה ב- מַדָע בשנת 2022.
כדי להמשיך ולחקור את דינמיקת הספין במודל זה, שיתוף הפעולה של גוגל מינף את היכולת של המעבד הקוונטי המוליך-על שלהם לרכוש במהירות כמויות גדולות של נתונים ניסיוניים, מה שאיפשר מחקר מפורט של הסטטיסטיקה הבסיסית. באופן ספציפי, באמצעות שרשרת של 46 קיוביטים מוליכים-על, הם מדדו את התפלגות ההסתברות של כמה ספינים חצו את מרכז השרשרת, כמות המכונה המגנטיזציה המועברת.
הממוצע והשונות של התפלגות זו הראו התנהגות תואמת להימצאות במעמד האוניברסליות של KPZ, בהסכמה מלאה לממצאים של קבוצת Max-Planck-Institut. רק כאשר הם בדקו בקפידה את הרגע השלישי (הטיה) והרביעי (קורטוזיס) של המגנטיזציה המועברת, הם מצאו סטיות ברורות מהתחזיות עבור מעמד האוניברסליות של KPZ, מה שמצביע על כך שההשערה אינה מתקיימת בלוחות הזמנים שנבדקו בניסוי .
באופן כללי, מדידת התפלגות של משתנה סטוכסטי בדיוק מספיק כך שניתן יהיה לפתור את המומנטים הגבוהים יותר עם מספיק אות לרעש היא מאתגרת ביותר; הוא זקוק לדגימה מהירה, לרמה גבוהה של שליטה, ולגבי מעבדים קוונטיים, לכידות קוונטית. עבודה זו, שפורסמה ב מַדָעמייצג מצוין את העידן המרגש הנוכחי של הדמיית קוונטים, שבו מעבדי קוונטים מאפשרים להעמיק את ההבנה שלנו לגבי תופעות פיזיקליות חדשות.
