論文の概要: Measuring Spectral Form Factor in Many-Body Chaotic and Localized Phases of Quantum Processors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.16935v1
- Date: Mon, 25 Mar 2024 16:59:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-27 20:24:48.037580
- Title: Measuring Spectral Form Factor in Many-Body Chaotic and Localized Phases of Quantum Processors
- Title（参考訳）: 量子プロセッサの多体カオスおよび局在相におけるスペクトル形状因子の測定
- Authors: Hang Dong, Pengfei Zhang, Ceren B. Dag, Yu Gao, Ning Wang, Jinfeng Deng, Xu Zhang, Jiachen Chen, Shibo Xu, Ke Wang, Yaozu Wu, Chuanyu Zhang, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Aosai Zhang, Yiren Zou, Ziqi Tan, Zhengyi Cui, Zitian Zhu, Fanhao Shen, Tingting Li, Jiarun Zhong, Zehang Bao, Hekang Li, Zhen Wang, Qiujiang Guo, Chao Song, Fangli Liu, Amos Chan, Lei Ying, H. Wang,
- Abstract要約: 量子多体系におけるカオスの有無を探索するために,スペクトル形状因子(SFF)を実験的に測定した。
この研究は、量子デバイスにおける多体量子カオスの普遍的なシグネチャを、固有エネルギーと固有状態の相関を探索することによって抽出する新しい方法を明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.983795509221974
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The spectral form factor (SFF) captures universal spectral fluctuations as signatures of quantum chaos, and has been instrumental in advancing multiple frontiers of physics including the studies of black holes and quantum many-body systems. However, the measurement of SFF in many-body systems is challenging due to the difficulty in resolving level spacings that become exponentially small with increasing system size. Here we experimentally measure the SFF to probe the presence or absence of chaos in quantum many-body systems using a superconducting quantum processor with a randomized measurement protocol. For a Floquet chaotic system, we observe signatures of spectral rigidity of random matrix theory in SFF given by the ramp-plateau behavior. For a Hamiltonian system, we utilize SFF to distinguish the quantum many-body chaotic phase and the prethermal many-body localization. We observe the dip-ramp-plateau behavior of random matrix theory in the chaotic phase, and contrast the scaling of the plateau time in system size between the many-body chaotic and localized phases. Furthermore, we probe the eigenstate statistics by measuring a generalization of the SFF, known as the partial SFF, and observe distinct behaviors in the purities of the reduced density matrix in the two phases. This work unveils a new way of extracting the universal signatures of many-body quantum chaos in quantum devices by probing the correlations in eigenenergies and eigenstates.
- Abstract（参考訳）: スペクトル形成因子(SFF)は、量子カオスの符号として普遍的なスペクトル変動を捉え、ブラックホールや量子多体系の研究を含む物理学の複数のフロンティアを前進させるのに役立っている。
しかし,多体系におけるSFFの測定は,システムサイズの増加とともに指数関数的に小さくなるレベル間隔の解消が難しいため困難である。
本稿では,SFFを用いて量子多体系におけるカオスの有無を,ランダム化測定プロトコルを用いた超伝導量子プロセッサを用いて実験的に測定する。
フロッケカオス系では、ランププレートの挙動によって与えられるSFFにおけるランダム行列理論のスペクトル剛性のシグネチャを観察する。
ハミルトン系では、SFFを用いて量子多体カオス相と予熱多体局在を区別する。
カオス相におけるランダム行列理論のディップ・ランプ・プラトー挙動を観察し,多体カオス相と局所化相のシステムサイズにおけるプラトー時間のスケーリングを対比した。
さらに、部分SFFと呼ばれるSFFの一般化を測定して固有状態統計を探索し、2相の還元密度行列の純度における異なる挙動を観察する。
この研究は、量子デバイスにおける多体量子カオスの普遍的なシグネチャを、固有エネルギーと固有状態の相関を探索することによって抽出する新しい方法を明らかにする。
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