論文の概要: Experimental Detection of Dissipative Quantum Chaos

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.04325v1
• Date: Wed, 04 Jun 2025 18:00:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-06 21:53:49.352726
• Title: Experimental Detection of Dissipative Quantum Chaos
• Title（参考訳）: 散逸性量子カオスの実験的検出
• Authors: Kristian Wold, Zitian Zhu, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Zehang Bao, Jiarun Zhong, Fanhao Shen, Pengfei Zhang, Hekang Li, Zhen Wang, Chao Song, Qiujiang Guo, Sergey Denisov, Lucas Sá, H. Wang, Pedro Ribeiro,
• Abstract要約: 発散性量子カオスと可積分性の最初の実験的検出を報告した。 現代の量子計算プラットフォームを,散逸的な多体現象を探索するためのテストベッドとして確立している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.128377708538647
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: More than four decades of research on chaos in isolated quantum systems have led to the identification of universal signatures -- such as level repulsion and eigenstate thermalization -- that serve as cornerstones in our understanding of complex quantum dynamics. The emerging field of dissipative quantum chaos explores how these properties manifest in open quantum systems, where interactions with the environment play an essential role. We report the first experimental detection of dissipative quantum chaos and integrability by measuring the complex spacing ratios (CSRs) of open many-body quantum systems implemented on a high-fidelity superconducting quantum processor. Employing gradient-based tomography, we retrieve a ``donut-shaped'' CSR distribution for chaotic dissipative circuits, a hallmark of level repulsion in open quantum systems. For an integrable circuit, spectral correlations vanish, evidenced by a sharp peak at the origin in the CSR distribution. As we increase the depth of the integrable dissipative circuit, the CSR distribution undergoes an integrability-to-chaos crossover, demonstrating that intrinsic noise in the quantum processor is a dissipative chaotic process. Our results reveal the universal spectral features of dissipative many-body systems and establish present-day quantum computation platforms, which are predominantly used to run unitary simulations, as testbeds to explore dissipative many-body phenomena.
• Abstract（参考訳）: 孤立量子系におけるカオスに関する40年以上の研究は、複雑な量子力学の理解の基盤となる、レベル反発や固有状態の熱化のような普遍的なシグネチャの同定に繋がった。 散逸性量子カオスの出現する分野は、これらの性質が、環境との相互作用が重要な役割を果たすオープン量子系においてどのように現れるかを探求する。 高忠実性超伝導量子プロセッサ上に実装されたオープン多体量子系の複素スペーシング比(CSR)を測定することにより、散逸性量子カオスと積分性の最初の実験的検出を報告する。 勾配に基づくトモグラフィーを用いて、オープン量子系におけるレベル反発の指標であるカオス散逸回路の「ドーナツ型」CSR分布を検索する。 積分可能な回路では、スペクトル相関は消滅し、CSR分布の起源における鋭いピークによって証明される。 積分可能な散逸回路の深さを増大させるにつれて、CSR分布は積分可能性とカオスのクロスオーバーを行い、量子プロセッサの固有のノイズが散逸するカオス過程であることを示す。 本研究では, 分散多体系の普遍スペクトル特性を明らかにし, 分散多体現象を探索するためのテストベッドとして, 主に単体シミュレーションに使用される量子計算プラットフォームを構築した。

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