論文の概要: Experimental observation of multimode quantum phase transitions in a superconducting Bose-Hubbard simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.20116v1
• Date: Thu, 21 Aug 2025 10:22:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-29 18:12:01.528774
• Title: Experimental observation of multimode quantum phase transitions in a superconducting Bose-Hubbard simulator
• Title（参考訳）: 超伝導Bose-Hubbardシミュレータにおける多重モード量子相転移の実験観察
• Authors: Claudia Castillo-Moreno, Théo Sépulcre, Timo Hillmann, Kazi Rafsanjani Amin, Mikael Kervinen, Simone Gasparinetti,
• Abstract要約: 21個の超伝導共振器からなる1D Bose-Hubbard 鎖における多モード拡散1次相転移の実験的検討を行った。 我々の結果は、非平衡量子多体物理学の新しい窓を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The study of phase transitions and critical phenomena arising in quantum driven-dissipative systems, and whether a correspondence can be drawn to their equilibrium counterparts, is a pressing question in contemporary physics. The development of large-scale superconducting circuits provides an experimental platform for these theoretical models. We report an experimental study of a multi-mode dissipative first-order phase transition in a 1D Bose-Hubbard chain consisting of 21 superconducting resonators. This phase transition manifests itself as a simultaneous frequency jump in all resonator modes as the frequency or power of a pump tone is swept. By measuring the system's emission spectrum through the transition, we characterize the dim-to-bright phase transition and construct the full phase diagram. We further perform time-dependent measurements of the switching between the two phases in the transition region, from which we corroborate the transition line and extract transition times ranging from a few ms up to 143~s. Our model, based on single-mode mean-field theory and cross-Kerr interactions, captures the features at moderate pump powers and quantitatively reproduces the transition line. Our results open a new window into non-equilibrium quantum many-body physics and mark a step toward realizing and understanding dissipative phase transitions in the thermodynamic limit using superconducting quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 量子駆動散逸系における相転移と臨界現象の研究、およびそれらの平衡系に対応できるかどうかは、現代物理学において急進的な問題である。 大規模超伝導回路の開発は、これらの理論モデルのための実験的なプラットフォームを提供する。 21個の超伝導共振器からなる1D Bose-Hubbard 鎖における多モード拡散1次相転移の実験的検討を行った。 この位相遷移は、ポンプ音の周波数またはパワーが急上昇するにつれて、すべての共振器モードにおける同時周波数ジャンプとして現れる。 遷移を通じて系の放射スペクトルを測定することにより、ダイム・ツー・ブライト相転移を特徴づけ、全相図を構築する。 さらに、遷移領域の2つの相間の切替の時間依存性の測定を行い、そこから遷移線を相関させ、数ミリ秒から143〜秒までの遷移時間を抽出する。 我々のモデルは、単モード平均場理論とクロスカー相互作用に基づいて、中程度のポンプパワーで特徴を捉え、遷移線を定量的に再現する。 この結果は、非平衡量子多体物理学の新しい窓を開き、超伝導量子回路を用いた熱力学的極限における散逸相転移の実現と理解に向けた一歩をマークする。

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