論文の概要: Observation of many-body Fock space dynamics in two dimensions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.05803v1
• Date: Thu, 10 Nov 2022 19:00:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-19 19:04:43.794963
• Title: Observation of many-body Fock space dynamics in two dimensions
• Title（参考訳）: 2次元における多体フォック空間ダイナミクスの観察
• Authors: Yunyan Yao, Liang Xiang, Zexian Guo, Zehang Bao, Yong-Feng Yang, Zixuan Song, Haohai Shi, Xuhao Zhu, Feitong Jin, Jiachen Chen, Shibo Xu, Zitian Zhu, Fanhao Shen, Ning Wang, Chuanyu Zhang, Yaozu Wu, Yiren Zou, Pengfei Zhang, Hekang Li, Zhen Wang, Chao Song, Chen Cheng, Rubem Mondaini, H. Wang, J. Q. You, Shi-Yao Zhu, Lei Ying, and Qiujiang Guo
• Abstract要約: 我々は、超伝導量子プロセッサに新しいパラダイムを実験的に導入し、Fock空間ビューからそのような発見的な質問を探索する。 フォック空間内で伝播する波状パケットと統計的エルゴードアンサンブルの出現を観察することにより,代表的な多体ダイナミクスを特徴付ける新しい画像を明らかにする。 我々の研究は、フォック空間における多体物理学の新たな展望を明らかにし、議論の的となるMBL面の実践的応用を実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.93816179653311
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum many-body simulation provides a straightforward way to understand fundamental physics and connect with quantum information applications. However, suffering from exponentially growing Hilbert space size, characterization in terms of few-body probes in real space is often insufficient to tackle challenging problems such as quantum critical behavior and many-body localization (MBL) in higher dimensions. Here, we experimentally employ a new paradigm on a superconducting quantum processor, exploring such elusive questions from a Fock space view: mapping the many-body system onto an unconventional Anderson model on a complex Fock space network of many-body states. By observing the wave packet propagating in Fock space and the emergence of a statistical ergodic ensemble, we reveal a fresh picture for characterizing representative many-body dynamics: thermalization, localization, and scarring. In addition, we observe a quantum critical regime of anomalously enhanced wave packet width and deduce a critical point from the maximum wave packet fluctuations, which lend support for the two-dimensional MBL transition in finite-sized systems. Our work unveils a new perspective of exploring many-body physics in Fock space, demonstrating its practical applications on contentious MBL aspects such as criticality and dimensionality. Moreover, the entire protocol is universal and scalable, paving the way to finally solve a broader range of controversial many-body problems on future larger quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子多体シミュレーションは、基礎物理学を理解し、量子情報アプリケーションと接続する簡単な方法を提供する。 しかし、ヒルベルト空間の大きさが指数関数的に増大する中で、実空間における少数体プローブの特性は、高次元における量子臨界挙動や多体局在(MBL)といった問題に対処するには不十分であることが多い。 ここでは、超伝導量子プロセッサに新しいパラダイムを実験的に導入し、Fock空間の視点から、多体系を多体状態の複雑なFock空間ネットワーク上の非伝統的なアンダーソンモデルにマッピングする、そのような解明的な質問を探索する。 フォック空間に伝播する波束と統計エルゴードアンサンブルの出現を観察することにより,熱化,局在化,スカーリングといった代表的多体力学を特徴付ける新たな画像を明らかにする。 さらに、不規則に拡張されたウェーブパケット幅の量子臨界状態を観察し、最大ウェーブパケット変動から臨界点を導出し、有限サイズのシステムにおける2次元MBL遷移を支援する。 我々の研究は、フォック空間における多体物理学の新しい視点を明らかにし、臨界性や次元性といった論争的なMBLの側面に対する実践的応用を実証する。 さらに、プロトコル全体が普遍的でスケーラブルであり、将来の大きな量子デバイスで議論を呼んでいる多体問題を最終的に解決する方法でもある。

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