Eigenspettroscopia dinamica ad alta risoluzione mediante compressione di Trotter variazionale su un processore superconduttore a qubit

Abstract degli autori

La ricerca di eigenspettroscopia ad alta risoluzione su dispositivi quantistici rumorosi di scala intermedia è spesso ostacolata dal compromesso tra profondità dei circuiti e tempo di coerenza. In questo lavoro presentiamo e dimostriamo sperimentalmente un protocollo di eigenspettroscopia dinamica che estrae strutture energetiche dettagliate dalle ampiezze di sopravvivenza dipendenti dal tempo. Per superare la finestra di coerenza limitata degli attuali processori superconduttori, impieghiamo Variational Trotter Compression (VTC) come metodo pratico per estendere la durata dell’evoluzione unitaria ad alta fedeltà. Usando un processore superconduttore a 9 qubit con connessioni multiple, ricostruiamo il segnale di autocorrelazione nel dominio del tempo mediante tomografia dello stato quantistico, per la molecola H2 a diverse lunghezze di legame e per il modello di Fermi-Hubbard in diversi regimi di correlazione. Mediante adattamento multifrequenza e analisi di Fourier, le energie proprie estratte concordano con i valori ottenuti tramite diagonalizzazione esatta entro 2 × 10^-3, compresi i livelli quasi degeneri nel regime a forte interazione. I nostri risultati stabiliscono la spettroscopia dinamica sperimentale come un quadro robusto e generalizzabile per simulare sia la chimica quantistica sia i sistemi reticolari fortemente correlati, collegando i regimi di accoppiamento debole e forte su hardware quantistico a breve termine.