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自旋流体力学的超导量子模拟 | 进展

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-09-18 17:44

主要观点总结

本文介绍了基于超导量子模拟器的自旋流体力学探测研究。经典物理中的流体输运现象与量子系统中的扩散运动存在类似性质。研究人员利用梯子型超导量子芯片模拟自旋流体力学的扩散和亚扩散行为,并观测到自旋自相关函数衰减变慢的现象。该研究为斯塔克线性势系统中由希尔伯特空间碎片化引起的亚扩散行为提供了实验证据。

关键观点总结

关键观点1: 经典物理与量子系统中的扩散运动类似性

经典物理中的流体输运现象满足流体力学的扩散方程,自相关函数随时间幂律衰减。类似性质在量子系统的微观动力学中也被发现,如自旋量子系统在无穷温度下的自旋可观测量也满足类似的扩散方程。

关键观点2: 超导量子团队利用梯子型芯片进行模拟

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导量子团队使用包含30个比特的梯子型超导量子芯片,模拟了自旋流体力学的扩散和亚扩散行为。

关键观点3: 实验的核心内容和发现

通过对共振相互作用的比特施加微波驱动,制备了多比特赝随机态,并测量了无穷温自旋自相关函数来表征自旋输运的动力学特性。实验中观测到自旋自相关函数衰减变慢的现象,随着无序强度的增加,系统逐渐进入反常亚扩散区域。

关键观点4: 研究的重要性与影响

该研究为斯塔克线性势系统中由希尔伯特空间碎片化引起的亚扩散行为提供了坚实的实验证据。其成果发表在Nature Communications上,受到了多个项目的资助,包括国家自然科学基金项目、国家量子科技2030项目等。


文章预览

在经典物理中,流体的输运现象一般满足流体力学的扩散方程,它展现了时间演化后期流体密度的自相关函数随时间的幂级数规律。 幂律衰减的速率,称为输运指数(符号记为 α ),表征流体力学中扩散运动的一般特性。 通过进一步研究,人们发现在微观量子系统的动力学中也会出现类似经典流体力学的现象,比如自旋量子系统在无穷温度下的自旋可观测量在数学上也满足类似的扩散方程,因此自旋自相关函数的长时间演化也会展现出扩散运动的幂律衰减。 对于一个 d 维量子系统 ,正常扩散的 输运指数 α 在非可积系统中为 d /2 ,而反常的 超扩散 和 亚扩散 的输运指数则 分别大于和小于 d /2 。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导量子团队利用梯子型超导量子芯片模拟了自旋流体力学的扩散和亚扩散行为。 他们使用的超导 ………………………………

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