論文の概要: Dynamical phase transition in an open quantum system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.05164v1
- Date: Wed, 10 Aug 2022 05:59:14 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-01 12:56:16.058642
- Title: Dynamical phase transition in an open quantum system
- Title(参考訳): 開量子系における動的相転移
- Authors: Ling-Na Wu, Jens Nettersheim, Julian Fe\ss, Alexander Schnell, Sabrina
Burgardt, Silvia Hiebel, Daniel Adam, Andr\'e Eckardt and Artur Widera
- Abstract要約: 相転移は、温度や外部磁場のような連続的な制御パラメータに応答して物理系の特異な振る舞いに対応する。
混合状態によって記述されたオープン量子系においても、時間に対する動的相転移が生じることを示す。
以上の結果から, 開量子系の散逸進化において, 動的相転移は孤立系に限らず, 驚くべきことに, 起こりうることが示唆された。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 48.7576911714538
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Phase transitions correspond to the singular behavior of physical systems in
response to continuous control parameters like temperature or external fields.
Near continuous phase transitions, associated with the divergence of a
correlation length, universal power-law scaling behavior with critical
exponents independent of microscopic system details is found. Recently,
dynamical quantum phase transitions and universal scaling have been predicted
and also observed in the non-equilibrium dynamics of isolated quantum systems
after a quench, with time playing the role of the control parameter. However,
signatures of such dynamical phase transition in open systems, whose dynamics
is driven by the dissipative contact to an environment, were so far elusive.
Here, we demonstrate that dynamical phase transitions with respect to time can
also occur in open quantum systems described by mixed states. We experimentally
measure the relaxation dynamics of the large atomic spin of individual Caesium
atoms induced by the dissipative coupling via spin-exchange processes to an
ultracold Bose gas of Rubidium atoms. For initial states far from equilibrium,
the entropy of the spin state is found to peak in time, transiently approaching
its maximum possible value, before eventually relaxing to its lower equilibrium
value. This effect is associated with a prethermal loss of the system's memory
of the details of the initial state. Moreover, a finite-size scaling analysis
based on numerical simulations shows that it corresponds to a dynamical phase
transition of the dissipative system in the limit of large system sizes. Our
results show that dynamical phase transitions are not restricted to occur in
isolated systems, but, surprisingly, are possible also during the dissipative
evolution of open quantum systems.
- Abstract(参考訳): 相転移は、温度や外部磁場のような連続的な制御パラメータに対応する物理系の特異な挙動に対応する。
相関長の発散に伴う連続相転移付近で, 微視的系詳細に依存しない臨界指数を持つ普遍的パワーロースケーリング挙動が見いだされる。
近年、動的量子相転移と普遍的スケーリングが予測され、クエンチ後の孤立量子系の非平衡力学でも観察され、制御パラメーターの役割は時間とともに果たされた。
しかし、そのような動的相転移のシグネチャは、そのダイナミクスが環境への散逸的な接触によって駆動されるが、非常に不可解である。
ここでは、時間に関する動的相転移が混合状態によって記述されたオープン量子系でも起こりうることを示す。
ルビジウム原子の超低温ボースガスへのスピン交換による散逸結合によって誘導される個々のセシウム原子の大きな原子スピンの緩和ダイナミクスを実験的に測定した。
初期状態が平衡から遠い場合、スピン状態のエントロピーは時間内にピークに達し、その最大値に過渡的に近づき、最終的にその低い平衡値に緩和される。
この効果は、初期状態の詳細に関するシステムのメモリの事前熱的損失と関係している。
さらに,数値シミュレーションに基づく有限次元スケーリング解析により,大きな系の大きさの限界における散逸系の動的相転移に対応することを示した。
以上の結果から, 開量子系の散逸進化において, 動的相転移は孤立系に限らず, 驚くべきことに起こりうることが示唆された。
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