論文の概要: Superdiffusion resilience in Heisenberg Chains with 2D interactions on a quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14371v2
• Date: Tue, 14 Oct 2025 16:26:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-15 16:45:44.320303
• Title: Superdiffusion resilience in Heisenberg Chains with 2D interactions on a quantum processor
• Title（参考訳）: 量子プロセッサ上の2次元相互作用を持つハイゼンベルク鎖の超拡散弾性
• Authors: Keerthi Kumaran, Manas Sajjan, Bibek Pokharel, Kevin Wang, Joe Gibbs, Jeffrey Cohn, Barbara Jones, Sarah Mostame, Sabre Kais, Arnab Banerjee,
• Abstract要約: 積分可能な1次元ハイゼンベルク模型のスピン輸送における超拡散スケーリングは、非平衡量子多体物理学における重要な発見の1つである。 現在の量子ハードウェアは、1Dハイゼンベルクモデルの超拡散をシミュレートすることで、そのような非平衡現象の研究においてその有用性を既に確認している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2373157451930155
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Observing superdiffusive scaling in the spin transport of the integrable 1D Heisenberg model is one of the key discoveries in non-equilibrium quantum many-body physics. Despite this remarkable theoretical development and the subsequent experimental observation of the phenomena in KCuF$_3$, real materials are often imperfect and contain integrability breaking interactions. Understanding the effect of such terms on the superdiffusion is crucial in identifying connections to such materials. Current quantum hardware has already ascertained its utility in studying such non-equilibrium phenomena by simulating the superdiffusion of the 1D Heisenberg model. In this work, we perform a quantum simulation of the superdiffusion breakdown by generalizing the superdiffusive Floquet-type 1D Heisenberg model to a general 2D model. We comprehensively study the effect of different 2D interactions on the superdiffusion breakdown by tuning up their strength from zero, corresponding to the 1D Heisenberg chain, to finite nonzero values. We observe that certain 2D interactions are more resilient against superdiffusion breakdown than others and that the $SU(2)$ preserving 2D interaction has the highest resilience among all the 2D interactions we study. Importantly, this observed resilience has direct implications for sustaining superdiffusive spin transport in two-dimensional lattices. We reason out the relative resilience against the superdiffusion breakdown through an analysis of the scattering coefficients off the 2D interaction in otherwise 1D chains. The relative resilience of different interaction types against superdiffusion breakdown was also captured in quantum hardware with remarkable accuracy, further establishing the current quantum hardware's applicability in simulating interesting non-equilibrium quantum many-body phenomena.
• Abstract（参考訳）: 積分可能な1次元ハイゼンベルク模型のスピン輸送における超拡散スケーリングの観測は、非平衡量子多体物理学における重要な発見の1つである。 この顕著な理論的発展と、KCuF$_3$の現象の実験的な観察にもかかわらず、実際の物質はしばしば不完全であり、可積分性破壊相互作用を含んでいる。 このような用語が超拡散に与える影響を理解することは、そのような物質とのつながりを特定する上で重要である。 現在の量子ハードウェアは、1Dハイゼンベルクモデルの超拡散をシミュレートすることで、そのような非平衡現象の研究においてその有用性を既に確認している。 本研究では,超拡散型フロケ型1次元ハイゼンベルクモデルを一般2次元モデルに一般化することにより,超拡散分解の量子シミュレーションを行う。 1次元ハイゼンベルク鎖に対応する零点から有限個の非零点への強みを調整することにより、異なる2次元相互作用が超拡散分解に与える影響を包括的に研究する。 我々は、ある2次元相互作用が超拡散破壊に対して他のものよりも耐性が高いこと、そして、$SU(2)$保存された2次元相互作用は、研究対象のすべての2次元相互作用の中で最もレジリエンスが高いことを観察した。 重要なことに、この観測されたレジリエンスは、2次元格子における超拡散スピン輸送の持続に直接的な意味を持つ。 我々は、他の1次元鎖における2次元相互作用の散乱係数の解析により、超拡散破壊に対する相対レジリエンスを導出する。 様々な相互作用型の超拡散破壊に対する相対的なレジリエンスは、量子ハードウェアでも顕著な精度で捉えられ、興味深い非平衡量子多体現象をシミュレートする現在の量子ハードウェアの適用性が確立された。

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