論文の概要: Probing quantum many-body dynamics using subsystem Loschmidt echos
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.16995v1
- Date: Tue, 28 Jan 2025 14:51:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-29 16:40:09.786470
- Title: Probing quantum many-body dynamics using subsystem Loschmidt echos
- Title（参考訳）: サブシステムLoschmidtエコーを用いた量子多体ダイナミクスの探索
- Authors: Simon Karch, Souvik Bandyopadhyay, Zheng-Hang Sun, Alexander Impertro, SeungJung Huh, Irene Prieto Rodríguez, Julian F. Wienand, Wolfgang Ketterle, Markus Heyl, Anatoli Polkovnikov, Immanuel Bloch, Monika Aidelsburger,
- Abstract要約: 我々は,Loschmidtエコーの重要な特徴を捉える準局所観測可能なサブシステムであるLoschmidt echoを実験的に検討した。
短時間の状態では、真の高次相関から生じる動的量子相転移を観察する。
長期体制では、サブシステムLoschmidtエコーは熱力学極限におけるアクセス可能なヒルベルト空間の有効次元と構造を定量的に決定することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.34101719951107
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- Abstract: The Loschmidt echo - the probability of a quantum many-body system to return to its initial state following a dynamical evolution - generally contains key information about a quantum system, relevant across various scientific fields including quantum chaos, quantum many-body physics, or high-energy physics. However, it is typically exponentially small in system size, posing an outstanding challenge for experiments. Here, we experimentally investigate the subsystem Loschmidt echo, a quasi-local observable that captures key features of the Loschmidt echo while being readily accessible experimentally. Utilizing quantum gas microscopy, we study its short- and long-time dynamics. In the short-time regime, we observe a dynamical quantum phase transition arising from genuine higher-order correlations. In the long-time regime, the subsystem Loschmidt echo allows us to quantitatively determine the effective dimension and structure of the accessible Hilbert space in the thermodynamic limit. Performing these measurements in the ergodic regime and in the presence of emergent kinetic constraints, we provide direct experimental evidence for ergodicity breaking due to fragmentation of the Hilbert space. Our results establish the subsystem Loschmidt echo as a novel and powerful tool that allows paradigmatic studies of both non-equilibrium dynamics and equilibrium thermodynamics of quantum many-body systems, applicable to a broad range of quantum simulation and computing platforms.
- Abstract（参考訳）: ロシミットエコー(Loschmidt echo) - 量子多体系の初期状態に戻る確率は、一般に量子カオス、量子多体物理学、高エネルギー物理学など、様々な科学分野に関わる量子システムに関する重要な情報を含んでいる。
しかし、一般的にはシステムサイズが指数関数的に小さいため、実験において顕著な課題となっている。
そこで我々はLoschmidt echoという準局所観測装置のサブシステムについて実験的に検討した。
量子ガス顕微鏡を用いて,その短時間・長時間のダイナミクスについて検討する。
短時間の状態では、真の高次相関から生じる動的量子相転移を観察する。
長期体制では、サブシステムLoschmidtエコーは熱力学極限におけるアクセス可能なヒルベルト空間の有効次元と構造を定量的に決定することができる。
これらの測定をエルゴード系および創発的な運動的制約の存在下で行い、ヒルベルト空間の断片化によるエルゴード性破壊の直接的な実験的証拠を提供する。
本研究は, 量子多体系の非平衡力学と平衡熱力学のパラダイム研究を, 幅広い量子シミュレーションと計算プラットフォームに適用できる, 新規で強力なツールとして, ロシミットエコーを確立した。
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