Abstract of the talk by Dr. Amin

Since the original proposal of quantum annealing (QA) more than two decades ago, there has been significant progress in its implementation at large scales. So far, experimental demonstrations have been limited to the thermal/quasistatic regime where quantum advantage was demonstrated in reaching equilibrium distribution in quantum simulation of frustrated magnets. More interesting and less explored is coherent quantum annealing, where the annealing time is shorter than the decoherence time or thermal relaxation time.  Simulation of Schrodinger dynamics is impossible at large scales and quantum Monte Carlo is incapable of simulating coherent evolution. Coherent dynamics allow the study of exotic phenomena such as quantum phase transitions during the evolution. In this presentation, I will introduce quantum phase transitions and the Kibble-Zurek mechanism as a way to distinguish coherent  from thermal dynamics. I will discuss theoretical predictions for the exactly solvable 1D Ising problem and show agreement with experimental results obtained from a D-Wave 2000Q processor. I will conclude with a discussion of how critical dynamics during the phase transition may lead to quantum advantage when approximate solutions are desired. 20年以上前に量子アニーリングが提案されて以来、その大規模スケールでの実現に大きな進展があった。これまでのところ、実験的な実証は熱的準安定領域に限られており、そこではフラストレート磁性体の量子シミュレーションで平衡分布に到達する際の量子の優位性が実証されている。これよりさらに興味深いのは、コヒーレント量子アニーリングで、アニーリング時間がデコヒーレンス時間や熱緩和時間よりも短い場合である。 シュレディンガー・ダイナミクスのシミュレーションはスケールが大きいと不可能であり、量子モンテカルロ法ではコヒーレントな時間経過をシミュレーションすることはできない。コヒーレントなダイナミクスにより、時間変化の過程で量子相転移などのエキゾチックな現象を研究することができる。本発表では、コヒーレントダイナミクスと熱力学を区別する方法として、量子相転移とKibble-Zurek機構を紹介する。また、厳密解が可能な1次元イジング問題の理論予測について述べ、D-Wave 2000Qプロセッサーで得られた実験結果との一致を示す。最後に、近似解を求める場合、相転移の臨界ダイナミクスがどのように量子優位性をもたらすかについて議論する予定である。