Digital simulation of zero-temperature spontaneous symmetry breaking in a superconducting lattice processor
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Le résumé fourni par la source
Quantum simulators are ideal platforms to investigate quantum phenomena that are inaccessible through conventional means, such as the limited resources of classical computers to address large quantum systems or due to constraints imposed by fundamental laws of nature. Here, through a digitized adiabatic evolution, we report an experimental simulation of antiferromagnetic (AFM) and ferromagnetic (FM) phase formation induced by spontaneous symmetry breaking (SSB) in a three-generation Cayley tree-like superconducting lattice. We develop a digital quantum annealing algorithm to mimic the system dynamics, and observe the emergence of signatures of SSB-induced phase transition through a connected correlation function. We demonstrate that the signature of a transition from classical AFM to quantum FM-like phase state happens in systems undergoing zero-temperature adiabatic evolution with only nearest-neighbor interacting systems, the shortest range of interaction possible. By harnessing properties of the bipartite Rényi entropy as an entanglement witness, we observe the formation of entangled quantum FM and AFM phases. Our results open perspectives for new advances in condensed matter physics and digitized quantum annealing. Recently, spontaneous symmetry breaking was reported in 1D and 2D lattices with long-range interactions on analogue quantum simulators. Here, using a digital quantum annealing algorithm, Hu et al. observe this effect in a tree-like superconducting qubit lattice with short-range interactions at zero temperature.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Digital simulation of zero-temperature spontaneous symmetry breaking in a superconducting lattice processor
- Date Crossref
- 07/04/2025
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Southern University of Science and Technology Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and Engineering pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Aarhus University Department of Physics and Astronomy pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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East China Normal University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Universidade Federal de São Carlos Departamento de Física pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Instituto de Física Fundamental pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Guangdong Shenzhen pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
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Kvantify Aps pays non établi dans la noticeInstitution
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School of Physics and Material Science State Key Laboratory of Precision Spectroscopy pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Hefei National Laboratory Shenzhen Branch pays non établi dans la noticeStructure de recherche
Guangdong Provincial Key Laboratory of Quantum Science and Engineering — Southern University of Science and Technology, Department of Physics and Astronomy — Aarhus University et East China Normal University, avec 6 autres affiliations.
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