論文の概要: Quenching from superfluid to free bosons in two dimensions: entanglement, symmetries, and quantum Mpemba effect

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.14299v1
• Date: Fri, 18 Oct 2024 09:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-21 14:24:02.761612
• Title: Quenching from superfluid to free bosons in two dimensions: entanglement, symmetries, and quantum Mpemba effect
• Title（参考訳）: エンタングルメント、対称性、量子ムペンバ効果の2次元における超流動から自由ボソンへの焼成
• Authors: Shion Yamashika, Pasquale Calabrese, Filiberto Ares,
• Abstract要約: 超流動相から自由ボソン状態への急激なクエンチ後の2次元光学格子中のボソンの非平衡ダイナミクスについて検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We study the non-equilibrium dynamics of bosons in a two-dimensional optical lattice after a sudden quench from the superfluid phase to the free-boson regime. The initial superfluid state is described approximately using both the Bogoliubov theory and the Gaussian variational principle. The subsequent time evolution remains Gaussian, and we compare the results from each approximation of the initial state by examining different aspects of the dynamics. First, we analyze the entanglement entropy and observe that, in both cases, it increases linearly with time before reaching a saturation point. This behavior is attributed to the propagation of entangled pairs of quantum depletions in the superfluid state. Next, we explore the fate of particle-number symmetry, which is spontaneously broken in the superfluid phase. To do so, we use the entanglement asymmetry, a recently introduced observable that enables us to track symmetry breaking within a subsystem. We observe that its evolution varies qualitatively depending on the theory used to describe the initial state. However, in both cases, the symmetry remains broken and is never restored in the stationary state. Finally, we assess the time it takes to reach the stationary state by evaluating the quantum fidelity between the stationary reduced density matrix and the time-evolved one. Interestingly, within the Gaussian variational principle, we find that an initial state further from the stationary state can relax more quickly than one closer to it, indicating the presence of the recently discovered quantum Mpemba effect. We derive the microscopic conditions necessary for this effect to occur and demonstrate that these conditions are never met in the Bogoliubov theory.
• Abstract（参考訳）: 超流動相から自由ボソン状態への急激なクエンチ後の2次元光学格子中のボソンの非平衡ダイナミクスについて検討した。 初期超流動状態は、ボゴリューボフ理論とガウス変分原理の両方を用いて概ね記述される。 以降の時間進化はガウス的であり、各初期状態の近似の結果をダイナミクスの異なる側面を調べることによって比較する。 まず、絡み合いのエントロピーを分析し、両方の場合において、飽和点に達する前に時間とともに直線的に増加することを観察する。 この挙動は超流動状態における量子的枯渇の絡み合った対の伝播に起因する。 次に,超流動相で自然に崩壊する粒子数対称性の運命について検討する。 そのために、最近導入された観測可能なエンタングルメント非対称性を用いて、サブシステム内の対称性の破れを追跡する。 我々は、その進化が初期状態を記述するために用いられる理論によって定性的に変化することを観察する。 しかし、どちらの場合も対称性は損なわれ、静止状態では復元されない。 最後に、定常密度行列と時間進化行列との間の量子忠実度を評価することにより、定常状態に到達するのに要する時間を評価する。 興味深いことに、ガウスの変分原理の中では、定常状態から遠い初期状態がそれに近い状態よりも早く緩和できることが分かっており、最近発見された量子ムペンバ効果の存在が示唆されている。 この効果を起こすために必要な顕微鏡的条件を導出し、ボゴリューボフ理論ではこれらの条件が満たされないことを示す。

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