論文の概要: Probing eigenstate thermalization in quantum simulators via
fluctuation-dissipation relations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.10347v2
- Date: Sat, 12 Dec 2020 08:25:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-08 23:08:15.882311
- Title: Probing eigenstate thermalization in quantum simulators via
fluctuation-dissipation relations
- Title（参考訳）: ゆらぎ-散逸関係による量子シミュレータの固有状態熱化
- Authors: Alexander Schuckert, Michael Knap
- Abstract要約: 固有状態熱化仮説(ETH)は、閉量子多体系の平衡へのアプローチの普遍的なメカニズムを提供する。
本稿では, ゆらぎ・散逸関係の出現を観測し, 量子シミュレータのフルETHを探索する理論に依存しない経路を提案する。
我々の研究は、量子シミュレータにおける熱化を特徴づける理論に依存しない方法を示し、凝縮物質ポンプ-プローブ実験をシミュレーションする方法を舗装する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 77.34726150561087
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The eigenstate thermalization hypothesis (ETH) offers a universal mechanism
for the approach to equilibrium of closed quantum many-body systems. So far,
however, experimental studies have focused on the relaxation dynamics of
observables as described by the diagonal part of ETH, whose verification
requires substantial numerical input. This leaves many of the general
assumptions of ETH untested. Here, we propose a theory-independent route to
probe the full ETH in quantum simulators by observing the emergence of
fluctuation-dissipation relations, which directly probe the off-diagonal part
of ETH. We discuss and propose protocols to independently measure fluctuations
and dissipations as well as higher-order time ordered correlation functions. We
first show how the emergence of fluctuation dissipation relations from a
nonequilibrium initial state can be observed for the 2D Bose-Hubbard model in
superconducting qubits or quantum gas microscopes. Then we focus on the
long-range transverse field Ising model (LTFI), which can be realized with
trapped ions. The LTFI exhibits rich thermalization phenomena: For strong
transverse fields, we observe prethermalization to an effective
magnetization-conserving Hamiltonian in the fluctuation dissipation relations.
For weak transverse fields, confined excitations lead to non-thermal features
resulting in a violation of the fluctuation-dissipation relations up to long
times. Moreover, in an integrable region of the LTFI, thermalization to a
generalized Gibbs ensemble occurs and the fluctuation-dissipation relations
enable an experimental diagonalization of the Hamiltonian. Our work presents a
theory-independent way to characterize thermalization in quantum simulators and
paves the way to quantum simulate condensed matter pump-probe experiments.
- Abstract（参考訳）: 固有状態熱化仮説(ETH)は、閉量子多体系の平衡へのアプローチの普遍的なメカニズムを提供する。
しかし、これまでの実験では、相当な数値入力を必要とするETHの対角部で説明されているように、可観測物の緩和ダイナミクスに焦点が当てられている。
これはETHの一般的な仮定の多くを未検証のまま残している。
本稿では,ETHの外部対角部を直接探索するゆらぎ-散逸関係の出現を観察することにより,量子シミュレータの完全なETHを探索する理論に依存しない経路を提案する。
変動と散逸を独立に測定するプロトコルと高次時間順序相関関数について検討し,提案する。
まず, 超伝導量子ビットや量子ガス顕微鏡の2次元ボース・ハバード模型において, 非平衡初期状態からのゆらぎ散逸関係の出現が観測できることを示す。
次に、捕捉されたイオンで実現可能な長距離横フィールドイジングモデル(LTFI)に焦点を当てる。
ltfiは強い横磁場に対して、ゆらぎ散逸関係において有効な磁化保存ハミルトニアンへの予熱を観測する。
弱い横磁場では、閉じ込められた励起は非熱的特徴を生じさせ、ゆらぎと散逸の関係を長い時間にわたって破る。
さらに、ltfiの可積分領域では、一般化ギブスアンサンブルへの熱化が起こり、ゆらぎ散逸関係によりハミルトニアンの実験的対角化が可能となる。
本研究は、量子シミュレータにおける熱化を特徴付ける理論に依存しない方法を示し、凝縮物質ポンププロベ実験を量子シミュレーションする方法を提案する。
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