Реализация фермионного состояния Лауглина на квантовом процессоре

Сильно коррелированные топологические фазы вещества являются ключевыми в современной физике конденсированного состояния и квантовой информационной технологии, но часто трудно доступны для исследования и управления в материальных системах. Экспериментальные трудности доступа к этим фазам стимулировали использование сконструированных квантовых платформ для имитации и манипулирования экзотическими топологическими состояниями. Среди них состояние Лауглина занимает центральное место в топологической физике, воплощая фракционирование, анионные возбуждения и несжимаемость. Хотя его бозонные аналоги были реализованы на программируемых квантовых симуляторах, подлинное фермионное состояние Лауглина до сих пор не было продемонстрировано на квантовом процессоре. В настоящей работе мы реализуем фермионное состояние Лауглина при ν = 1/3 на ловушечном ионном квантовом компьютере IonQ, используя эффективный и масштабируемый гамильтонианно-варьционный Ansatz с 369 двухкубитными вентилями на 16-кубитной схеме. С применением проверки симметрии для смягчения ошибок мы извлекаем ключевые наблюдаемые, характеризующие состояние Лауглина, включая корреляционную дыру, соответствие объём-граница и топологическую энтропию запутанности, с хорошим согласованием с эталонными расчётами методом точной диагонализации. Эта работа демонстрирует сквозной рабочий процесс для имитации внутренне материалово-обусловленных топологических упорядочений и служит отправной точкой для изучения их динамики и возбуждений на цифровых квантовых процессорах.