The Signal
Pasqal individua tre regimi di rilassamento in un magnete quantistico a 256 qubit
Pasqal descrive tre andamenti del rilassamento in una simulazione di un magnete quantistico bidimensionale realizzata con 256 atomi di Rydberg. Lo studio individua un regime di rilassamento lento in cui i calcoli classici basati su reti ten
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
Il 27 ottobre, Pasqal ha descritto un esperimento con 256 atomi che ha individuato tre modi distinti in cui un magnete quantistico bidimensionale si rilassa dopo un cambiamento improvviso del campo che ne governa il comportamento. Il risultato comprende un regime di rilassamento lento che, secondo l’azienda, compare dove le principali simulazioni classiche basate su reti tensoriali cessano di concordare ai tempi più lunghi. Il preprint su cui si basa lo studio, presentato ad arXiv il 7 agosto, esamina un modello di Ising a campo trasverso usando una schiera programmabile di atomi di rubidio.
Una schiera 16 per 16 sottoposta a un brusco cambiamento del campo
Nell’esperimento, 256 atomi di rubidio erano disposti in un reticolo quadrato; lo stato fondamentale e lo stato di Rydberg di ciascun atomo rappresentavano i due stati di uno spin. L’accoppiamento laser forniva il campo trasverso del modello, mentre le interazioni tra atomi eccitati fornivano l’accoppiamento ferromagnetico. Il gruppo ha dapprima preparato la schiera in uno stato completamente polarizzato, poi ha modificato bruscamente il campo trasverso e seguito l’evoluzione della magnetizzazione e delle correlazioni.
Variando il rapporto tra l’intensità del campo e quella dell’interazione, i ricercatori hanno esaminato punti diversi del diagramma di fase del modello. Pasqal riporta misure per rapporti da 2,0 a 6,0. I ricercatori hanno esaminato le correlazioni oltre alla magnetizzazione, perché le due grandezze rivelano aspetti diversi del rilassamento del sistema.
La rapida termalizzazione lascia il posto a un rallentamento
Per intensità del campo più basse, vicino a un rapporto di 2,5, le correlazioni si avvicinano ai loro valori termici su una scala temporale di circa 1/J, dove J è la scala dell’interazione. A un rapporto intermedio di 3,5, si avvicinano all’equilibrio molto più lentamente e restano lontane dal valore termico oltre quella scala temporale caratteristica. Al rapporto più alto di 6,0, le correlazioni si stabilizzano su un plateau pretermico di lunga durata, anziché raggiungere rapidamente l’equilibrio termico.
«Il secondo, e più inatteso, è un regime di transizione caratterizzato da un rallentamento del rilassamento», scrivono Tiago Mendes-Santos e colleghi nel loro preprint su arXiv. L’articolo collega il plateau ad alto campo a un modello efficace di tipo XY con simmetria U(1). Gli autori prevedono che il plateau lasci infine il posto a un comportamento termico, ma affermano che la scala temporale cresce esponenzialmente con il rapporto tra l’intensità del campo e quella dell’interazione.
Dove i calcoli classici smettono di concordare
Le simulazioni basate su reti tensoriali concordano quantitativamente con i dati del processore 16 per 16 ai tempi iniziali, fino a circa tJ = 1. In seguito, i calcoli condotti con diversi approcci basati su reti tensoriali iniziano a divergere: intorno a tJ maggiore di 1,5 per una schiera 8 per 8 e maggiore di 1 per una schiera 16 per 16. Nel regime lento, la dispersione tra questi calcoli diventa paragonabile o superiore al loro scostamento dalle misure del processore, senza lasciare una previsione classica controllata della dinamica successiva.
Il confronto non dimostra un vantaggio generale della computazione quantistica. Pasqal afferma esplicitamente che lo studio non confronta i tempi di calcolo né i costi. Il risultato, più circoscritto, è che la dinamica misurata dal processore resta coerente al variare delle dimensioni del sistema in un intervallo di tempo in cui i metodi classici esaminati non forniscono più una descrizione comune affidabile.
La causa del rallentamento resta da chiarire
Gli autori dell’articolo propongono due possibili fattori: il modello efficace ad alto campo potrebbe non essere più valido quando il campo si indebolisce, mentre anche il rallentamento critico nei pressi di una transizione termica potrebbe influire sul rilassamento. L’esperimento non conferma nessuna delle due spiegazioni. Le simulazioni del vettore di stato 5 per 5 condotte dal gruppo riproducono i tre regimi qualitativi anche in assenza di rumore, mentre la sua analisi rileva anche che il rumore e le dimensioni del sistema possono modificare il tasso di decadimento misurato.
Pasqal afferma che, per distinguere questi effetti, serviranno misure su sistemi più grandi e per tempi di evoluzione più lunghi, insieme a hardware meno rumoroso e a calcoli classici migliori. I dati attuali delineano i regimi e la transizione tra essi, ma non forniscono ancora una spiegazione quantitativa del perché le correlazioni a campo intermedio decadano così lentamente.