用囚禁离子量子计算机模拟磁性现象

数字量子物质是指用离散的量子逻辑门来近似模拟连续时间演化的量子系统。这类系统容易因‘数字化误差’而快速发热，退化为混乱无序的状态。但只要把误差压制得足够低，就能在量子计算机上观察到一种持续较久的‘准稳态’——此时系统虽未真正达到平衡，却表现出近似能量守恒的动力学行为。而能量近似守恒，正是理解许多平衡态复杂现象的关键基础，比如：物质为何会自发热化（即不同初始状态最终都演化成相似的热平衡态），以及如何稳定出现一些具有奇异新特性的有效物理模型。本文使用Quantinuum公司的H2离子阱量子计算机，对量子伊辛模型进行数字化模拟。通过大幅提升双量子比特门的质量（原生部分纠缠门保真度高达99.94(1)%），成功将数字化误差压至极低水平，从而在实验中首次清晰观测到热化过程——一个空间上不均匀的初始量子态，随时间推移逐渐趋于均匀分布。这一演化过程展现出‘涌现流体力学’特征：系统整体行为类似于经典流体扩散，研究人员据此计算出了对应的扩散常数。进一步，研究人员重新编程，让模拟在带周期性边界的三角晶格上运行。由于三角晶格天然存在几何阻挫，系统自发涌现出类似规范场和拓扑约束的物理效应，热化行为也相应地符合这些新约束的预期。本研究标志着数字量子计算机已不再是概念验证工具，而是能切实用于探索（等效）连续时间动力学的强有力科学平台。