論文の概要: Thermalization and irreversibility of an isolated quantum system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.04152v1
- Date: Thu, 06 Mar 2025 07:01:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-07 15:59:05.520363
- Title: Thermalization and irreversibility of an isolated quantum system
- Title（参考訳）: 孤立量子系の熱化と可逆性
- Authors: Xue-Yi Guo,
- Abstract要約: 局所演算による拡散非平衡状態情報の消去は多体系の不可逆性と熱化を説明するのに有効であることを示す。
この情報消去機構を1次元ハバードモデルに組み込むことで, 完全に分離されたシステムにおいて, 熱化過程が現れることを示す数値シミュレーションを行った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The irreversibility and thermalization of many-body systems can be attributed to the erasure of spreaded nonequilibrium state information by local operations. This thermalization mechanism can be demonstrated by the sequence $[\hat{O}^\dagger \hat{O}(t)]^N$, where $\hat{O}$ is a local operator, $\hat{O}(t) = e^{i\hat{H}t} \hat{O} e^{-i\hat{H}t}$, $\hat{H}$ is the system Hamiltonian, and $N$ denotes the number of repetitions. We begin by preparing a nonequilibrium initial state with an inhomogeneous particle number distribution in a one-dimensional Hubbard model. As particles propagate and interact within the lattice, the system evolves into a highly entangled quantum state, where the entanglement entropy satisfies a volume law, yet the information of the initial state remains well preserved. The local operator $\hat{O}$ erases part of the information in the entangled state, altering the interference of the system wavefunction and the disentangling process during time-reversed evolution. Repeatedly applying $\hat{O}^\dagger \hat{O}(t)$ leads to a monotonic increase in the entanglement entropy until it saturates at a steady value. By incorporating this information erasure mechanism into the one-dimensional Hubbard model, our numerical simulations demonstrate that in a completely isolated system, a thermalization process emerges. Finally, we discuss the feasibility of implementing related quantum simulation experiments on superconducting quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 多体系の可逆性と熱化は局所演算による拡散非平衡状態情報の消去に起因していると考えられる。
この熱化機構は、$[\hat{O}^\dagger \hat{O}(t)]^N$, where $\hat{O}$ is a local operator, $\hat{O}(t) = e^{i\hat{H}t} \hat{O} e^{-i\hat{H}t}$, $\hat{H}$ is the system Hamiltonian, $N$ は反復数を表す。
一次元ハバードモデルで不均一粒子数分布を持つ非平衡初期状態を作成することから始める。
粒子が格子内で伝播し相互作用するにつれて、システムは高度に絡み合った量子状態へと進化し、絡み合うエントロピーは体積法則を満たすが、初期状態に関する情報は十分に保存されている。
局所演算子$\hat{O}$は、絡み合った状態にある情報の一部を消去し、時間反転進化中の系の波動関数と非絡み合い過程の干渉を変化させる。
繰り返し、$\hat{O}^\dagger \hat{O}(t)$を適用すれば、安定な値で飽和するまで、絡み合いのエントロピーが単調に増加する。
この情報消去機構を1次元ハバードモデルに組み込むことで, 完全に分離されたシステムにおいて, 熱化過程が現れることを示す数値シミュレーションを行った。
最後に,超伝導量子プロセッサ上での関連する量子シミュレーション実験の実現可能性について論じる。
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