Institut de la matière quantique Stewart Blusson, Université de la Colombie-Britannique, Vancouver V6T 1Z4, Colombie-Britannique, Canada
Département de chimie physique, Université du Pays Basque UPV / EHU, Apartado 644, 48080 Bilbao, Espagne
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Abstract
Nous introduisons un algorithme variationnel hybride quantique-classique pour simuler des diagrammes de phase à l'état fondamental de modèles de spin quantique frustrés dans la limite thermodynamique. La méthode est basée sur un cluster-Gutzwiller ansatz où la fonction d'onde du cluster est fournie par un circuit quantique paramétré dont l'ingrédient clé est une porte XY réelle à deux qubits permettant de générer efficacement des liaisons de valence sur les qubits voisins les plus proches. Des portes de rotation Z à un seul qubit et à deux qubits accordables supplémentaires permettent la description de phases magnétiquement ordonnées et paramagnétiques tout en limitant l'optimisation variationnelle au sous-espace U (1). Nous comparons la méthode au modèle de Heisenberg $J1-J2$ sur le réseau carré et découvrons son diagramme de phase, qui héberge des phases Neel ordonnées à longue portée et des phases antiferromagnétiques colonnaires, ainsi qu'une phase solide à liaison de valence intermédiaire caractérisée par un motif périodique de plaquettes 2 × 2 fortement corrélées. Nos résultats montrent que la convergence de l'algorithme est guidée par l'apparition d'un ordre à longue portée, ouvrant une voie prometteuse pour réaliser synthétiquement des aimants quantiques frustrés et leur transition de phase quantique vers des solides paramagnétiques à liaison de valence avec des dispositifs de circuit supraconducteur actuellement développés.
Image en vedette : Boucle schématique de Q-HMFT pour le cluster de qubits 2×2 discuté dans l'article.
Résumé populaire
Ici, nous présentons un VQA pour simuler des aimants quantiques 2D frustrés dans la limite thermodynamique. S'appuyant sur l'ansatz cluster-Gutzwiller de la théorie hiérarchique du champ moyen (HMFT), un circuit quantique paramétré fournit la fonction d'onde du cluster, tandis que les informations sur le réseau infini sont fournies via une intégration du champ moyen. Des simulations numériques de référence de ce textit{quantum-assisted} (Q-) HMFT sur l'antiferromagnétique paradigmatique J1-J2 Heisenberg sur le réseau carré montrent que la convergence de l'algorithme est poussée par l'apparition d'un ordre à longue portée, ouvrant une voie prometteuse pour la simulation quantique d'aimants quantiques 2D et de leurs transitions de phase quantiques vers des phases solides à liaison de valence avec la technologie actuelle des circuits supraconducteurs.
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Cité par
[1] Bruno Murta, Pedro MQ Cruz et J. Fernández-Rossier, « Préparation des états de Valence-Bond-Solid sur des ordinateurs quantiques bruyants à échelle intermédiaire », arXiv: 2207.07725.
[2] Verena Feulner et Michael J. Hartmann, « Ansatz du solveur propre quantique variationnel pour le J1-J2 -modèle", Examen physique B 106 14, 144426 (2022).
[3] Rasmus Berg Jensen, Simon Panyella Pedersen et Nikolaj Thomas Zinner, "Transitions de phase quantiques dynamiques dans une théorie de jauge à réseau bruyant", Examen physique B 105 22, 224309 (2022).
Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2022-12-14 16:23:07). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.
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