論文の概要: Observation of a finite-energy phase transition in a one-dimensional
quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.19869v1
- Date: Mon, 30 Oct 2023 18:00:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-01 18:13:49.028124
- Title: Observation of a finite-energy phase transition in a one-dimensional
quantum simulator
- Title（参考訳）: 1次元量子シミュレータにおける有限エネルギー相転移の観察
- Authors: Alexander Schuckert, Or Katz, Lei Feng, Eleanor Crane, Arinjoy De,
Mohammad Hafezi, Alexey V. Gorshkov, Christopher Monroe
- Abstract要約: 1次元における有限エネルギー相転移の最初の実験例を示す。
1Dトラップイオン量子シミュレータで異なるエネルギーで初期状態を作成することにより、長距離相互作用量子系の有限エネルギー相図を研究する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.899531336700136
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: One of the most striking many-body phenomena in nature is the sudden change
of macroscopic properties as the temperature or energy reaches a critical
value. Such equilibrium transitions have been predicted and observed in two and
three spatial dimensions, but have long been thought not to exist in
one-dimensional (1D) systems. Fifty years ago, Dyson and Thouless pointed out
that a phase transition in 1D can occur in the presence of long-range
interactions, but an experimental realization has so far not been achieved due
to the requirement to both prepare equilibrium states and realize sufficiently
long-range interactions. Here we report on the first experimental demonstration
of a finite-energy phase transition in 1D. We use the simple observation that
finite-energy states can be prepared by time-evolving product initial states
and letting them thermalize under the dynamics of a many-body Hamiltonian. By
preparing initial states with different energies in a 1D trapped-ion quantum
simulator, we study the finite-energy phase diagram of a long-range interacting
quantum system. We observe a ferromagnetic equilibrium phase transition as well
as a crossover from a low-energy polarized paramagnet to a high-energy
unpolarized paramagnet in a system of up to $23$ spins, in excellent agreement
with numerical simulations. Our work demonstrates the ability of quantum
simulators to realize and study previously inaccessible phases at finite energy
density.
- Abstract（参考訳）: 自然界で最も衝撃的な多体現象の1つは、温度やエネルギーが臨界値に達すると、マクロな性質が突然変化することである。
このような平衡遷移は2次元と3次元の空間次元で予測・観測されてきたが、1次元(1次元)系には存在しないと考えられてきた。
50年前、ダイソンとチューレスは、1Dの相転移が長距離相互作用の存在下で起こることを指摘したが、平衡状態の準備と十分な長距離相互作用の実現の両方の必要性から、これまで実験的な実現は行われていない。
ここでは, 有限エネルギー相転移の最初の実験実験について報告する。
有限エネルギー状態は時間発展する積初期状態によって生成され、多体ハミルトニアンのダイナミクスの下で熱化できるという単純な観察を用いている。
1Dトラップイオン量子シミュレータで異なるエネルギーで初期状態を作成することにより、長距離相互作用量子系の有限エネルギー相図を研究する。
強磁性平衡相転移と低エネルギー偏極常磁性体から高エネルギー非偏極常磁性体への交叉を最大2,300ドルスピンの系で観測し,数値シミュレーションとよく一致した。
我々の研究は、量子シミュレーターが以前に到達不可能な位相を有限エネルギー密度で実現し、研究する能力を示す。
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