量子シミュレータは、高性能エレクトロニクス用材料の発見に役立つ可能性がある(Quantum simulator could help uncover materials for high-performance electronics)

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2024-10-30 マサチューセッツ工科大学(MIT)

MITの研究者は、16量子ビットの超伝導量子プロセッサを使って、合成電磁場を生成し、材料の特性をシミュレーションする方法を開発しました。これにより、電子が磁場の影響下で移動する複雑な挙動を再現可能で、将来的に高性能な半導体や超伝導体などの新材料発見に役立つ可能性があります。この技術は、電子システムの導電性や磁化などを深く理解するための有望なツールとして期待されています。

<関連情報>

2次元超伝導量子ビットアレイにおける合成磁気ベクトルポテンシャル A synthetic magnetic vector potential in a 2D superconducting qubit array

Ilan T. Rosen,Sarah Muschinske,Cora N. Barrett,Arkya Chatterjee,Max Hays,Michael A. DeMarco,Amir H. Karamlou,David A. Rower,Rabindra Das,David K. Kim,Bethany M. Niedzielski,Meghan Schuldt,Kyle Serniak,Mollie E. Schwartz,Jonilyn L. Yoder,Jeffrey A. Grover & William D. Oliver
Nature Physics  Published:30 October 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-024-02661-3

量子シミュレータは、高性能エレクトロニクス用材料の発見に役立つ可能性がある(Quantum simulator could help uncover materials for high-performance electronics)

Abstract

Superconducting quantum processors are a compelling platform for analogue quantum simulation due to the precision control, fast operation and site-resolved readout inherent to the hardware. Arrays of coupled superconducting qubits natively emulate the dynamics of interacting particles according to the Bose–Hubbard model. However, many interesting condensed-matter phenomena emerge only in the presence of electromagnetic fields. Here we emulate the dynamics of charged particles in an electromagnetic field using a superconducting quantum simulator. We realize a broadly adjustable synthetic magnetic vector potential by applying continuous modulation tones to all qubits. We verify that the synthetic vector potential obeys the required properties of electromagnetism: a spatially varying vector potential breaks time-reversal symmetry and generates a gauge-invariant synthetic magnetic field, and a temporally varying vector potential produces a synthetic electric field. We demonstrate that the Hall effect—the transverse deflection of a charged particle propagating in an electromagnetic field—exists in the presence of the synthetic electromagnetic field.

1601コンピュータ工学
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