量子コンピュータで磁化の規則的振動を観測 -133量子ビットの2次元系で実証した量子有用性-

2026-03-12 理化学研究所

理化学研究所研究グループは、IBM伝導量子コンピュータ(133量子ビット)い、2次元量子における磁化規則振動観測した。周期駆動したイジング模型量子回路として実装し、磁化駆動周期2周期振動する「離散時間結晶」と、駆動周期整数ない周期応答示す「離散時間結晶」最大100時間ステップにわたり観測した。さらに、スーパーコンピュータ「富岳」によるテンソルネットワーク計算比較し、50ステップまで結果整合性確認した。古典計算困難2次元平衡量子体系長時間ダイナミクス実機量子コンピュータ探索できること示し、量子計算の「量子有用性」実証する成果た。

量子コンピュータで磁化の規則的振動を観測 -133量子ビットの2次元系で実証した量子有用性-

図1 2次元量子多体系を実装する量子回路構成
heavy-hex格子状に結合した量子ビットを2次元量子スピン系として用い、単一量子ビットの回転と近接相互作用を周期的に繰り返す(左)。これにより周期駆動下の量子ダイナミクスを実機で観測する構成を取った(右)。

<関連情報>

デジタル量子コンピュータ上でクリーンな二次元離散時間結晶を明らかにする Unveiling clean two-dimensional discrete time crystals on a digital quantum computer

Kazuya Shinjo,Kazuhiro Seki,Tomonori Shirakawa,Rong-Yang Sun & Seiji Yunoki
npj Quantum Information  Published:24 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41534-026-01193-3

Abstract

Periodically driven (Floquet) many-body systems tend to absorb energy and approach an infinite-temperature state, yet can host emergent order such as discrete time crystals (DTCs). Here we realise a clean two-dimensional DTC and an incommensurately modulated DTC (IM-DTC) on the IBM Quantum Heron processor, a 133-qubit superconducting device with heavy-hexagonal connectivity, implementing a kicked Ising model and tracking magnetisation dynamics for up to 100 Floquet cycles. We observe robust period-doubling oscillations that persist over the accessible time window and are stable against perturbations of the transverse field, without invoking disorder-induced many-body localisation or high-frequency Floquet prethermalisation. Introducing a longitudinal field generates additional long-period amplitude modulations with frequencies incommensurate with the drive, realising an IM-DTC response. Comparison with state-vector and tensor-network simulations benchmarks the hardware and reveals regimes where entanglement growth makes classical simulation challenging, underscoring the utility of gate-based quantum processors for out-of-equilibrium dynamics in two dimensions.

1601コンピュータ工学
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