Digitale Quanten-Simulation von fermionischen Modellen mit einem supraleitenden Schaltkreis

Eine der Hauptanwendungen von Quanteninformation ist die Simulation der Natur. Fermionen sind in der Natur allgegenwärtig; sie treten in Systemen der kondensierten Materie, in der Chemie und in der Hochenergiephysik auf. Die universelle Simulation ihrer Wechselwirkungen stellt jedoch eine der größten Herausforderungen dar, da Schwierigkeiten aufgrund von Antikommutativität auftreten. Hier verwenden wir digitale Methoden, um die erforderlichen willkürlichen Wechselwirkungen zu konstruieren, und führen eine Quanten-Simulation von bis zu vier fermionischen Modi mit einem supraleitenden Quantenkreis durch. Wir setzen mehr als 300 Quantenlogikgatter ein und erreichen eine Genauigkeit, die mit einem einfachen Modell unkorrelierter Fehler übereinstimmt. Der präsentierte Ansatz ist prinzipiell skalierbar auf eine größere Anzahl von Modi und beliebige räumliche Dimensionen.