論文の概要: Integrability breaking and bound states in Google's decorated XXZ circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.13042v1
• Date: Mon, 24 Jul 2023 18:00:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-26 19:24:05.271172
• Title: Integrability breaking and bound states in Google's decorated XXZ circuits
• Title（参考訳）: Googleの装飾されたXXZ回路における積分性破壊とバウンド状態
• Authors: Ana Hudomal, Ryan Smith, Andrew Hallam, Zlatko Papi\'c
• Abstract要約: 我々は、小さな光子と有限個の光子からなる有界状態が、非可積分状態において確かに堅牢であることを示す。 低いが有限の光子の密度については、熱化の開始がはるかに速く、境界状態の符号が著しく弱いことが分かる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.30969191504482235
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent quantum simulation by Google [Nature 612, 240 (2022)] has demonstrated the formation of bound states of interacting photons in a quantum-circuit version of the XXZ spin chain. While such bound states are protected by integrability in a one-dimensional chain, the experiment found the bound states to be unexpectedly robust when integrability was broken by decorating the circuit with additional qubits, at least for small numbers of qubits ($\leq 24$) within the experimental capability. Here we scrutinize this result by state-of-the-art classical simulations, which greatly exceed the experimental system sizes and provide a benchmark for future studies in larger circuits. We find that the bound states consisting of a small and finite number of photons are indeed robust in the non-integrable regime, even after scaling to the infinite time and infinite system size limit. Moreover, we show that such systems possess unusual spectral properties, with level statistics that deviates from the random matrix theory expectation. On the other hand, for low but finite density of photons, we find a much faster onset of thermalization and significantly weaker signatures of bound states, suggesting that anomalous dynamics may only be a property of dilute systems with zero density of photons in the thermodynamic limit. The robustness of the bound states is also influenced by the number of decoration qubits and, to a lesser degree, by the regularity of their spatial arrangement.
• Abstract（参考訳）: Google [Nature 612, 240 (2022)]による最近の量子シミュレーションは、XXZスピン鎖の量子回路バージョンにおける相互作用する光子の束縛状態の形成を実証した。 そのような境界状態は一次元チェーンの可積分性によって保護されるが、実験では、回路を少なくとも少数の量子ビット (\leq 24$) に対して追加の量子ビットで装飾することで、可積分性が破られると予期せぬほど頑健であることが判明した。 ここでは,実験的なシステムサイズをはるかに超えた最先端の古典的シミュレーションにより,この結果を検証し,大規模回路における今後の研究のベンチマークを提供する。 有限個の光子からなる境界状態は、無限の時間と無限の系の大きさの限界までスケールした後でも、非可積分状態において確かに強固である。 さらに、これらの系は、ランダム行列理論の予測から逸脱するレベル統計を持つ特異なスペクトル特性を持つことを示す。 一方、光子の密度は低いが有限であり、熱化の開始はずっと早く、境界状態の署名は著しく弱くなり、異常なダイナミクスは熱力学的極限における光子の密度がゼロである希薄な系の特性にすぎなくなることを示唆している。 境界状態のロバスト性は、装飾キュービットの数にも影響され、空間配置の規則性にも影響される。

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