論文の概要: Probing emergent prethermal dynamics and resonant melting on a programmable quantum simulator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.11706v1
- Date: Mon, 13 Oct 2025 17:58:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-14 18:06:30.50159
- Title: Probing emergent prethermal dynamics and resonant melting on a programmable quantum simulator
- Title（参考訳）: プログラマブル量子シミュレータにおける創発的予熱力学と共鳴融解の探索
- Authors: Siva Darbha, Alexey Khudorozhkov, Pedro L. S. Lopes, Fangli Liu, Ermal Rrapaj, Jan Balewski, Majd Hamdan, Pavel E. Dolgirev, Alexander Schuckert, Katherine Klymko, Sheng-Tao Wang, Mikhail D. Lukin, Daan Camps, Milan Kornjača,
- Abstract要約: 急激なクエンチに続く孤立量子系の力学は、物質科学、高エネルギー物理学、量子化学の多くの分野において中心的な役割を果たす。
ここでは、プログラム可能な中性原子量子シミュレータを用いて、最大180量子ビットのスピンモデルにおけるクエンチダイナミクスを探索する。
我々はその頑丈さを、長時間の急激な時間スケールで安定しているフロッケ型予熱定常状態に遡る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.28351393962583
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The dynamics of isolated quantum systems following a sudden quench plays a central role in many areas of material science, high-energy physics, and quantum chemistry. Featuring complex phenomena with implications for thermalization, non-equilibrium phase transitions, and Floquet phase engineering, such far-from-equilibrium quantum dynamics is challenging to study numerically, in particular, in high-dimensional systems. Here, we use a programmable neutral atom quantum simulator to systematically explore quench dynamics in spin models with up to 180 qubits. By initializing the system in a product state and performing quenches across a broad parameter space, we discover several stable, qualitatively distinct dynamical regimes. We trace their robustness to Floquet-like prethermal steady states that are stabilized over long emergent timescales by strong dynamical constraints. In addition, we observe sharp peaks in the dynamical response that are quantitatively explained by the structured melting of prethermalization through resonances. In two dimensions, we uncover a sharp dynamical response change that converges with increased system size, that is linked to the proliferation of N\'{e}el-order defects and indicative of a dynamical phase transition with no equilibrium analogs. Uncovering an intricate interplay between quantum prethermalization and emergent dynamical phases, our results demonstrate the use of quantum simulators for revealing complex non-equilibrium quantum many-body phenomena.
- Abstract（参考訳）: 急激なクエンチに続く孤立量子系の力学は、物質科学、高エネルギー物理学、量子化学の多くの分野において中心的な役割を果たす。
熱化、非平衡相転移、フロケ相工学に影響を及ぼす複雑な現象を特徴とするこのような遠方平衡量子力学は、特に高次元系において数値的に研究することが困難である。
ここでは、プログラム可能な中性原子量子シミュレータを用いて、最大180量子ビットのスピンモデルにおけるクエンチダイナミクスを体系的に探索する。
系を製品状態に初期化し、広いパラメータ空間をまたいだクエンチを実行することで、安定で質的に異なるいくつかの動的状態を発見する。
強い動的制約により、長時間の緊急時間スケールで安定するフロケ型予熱定常状態にその頑健さを辿る。
さらに, 共鳴による予熱の構造化融解によって定量的に説明される動的応答の急激なピークを観察した。
2次元では、N\'{e}el-次欠陥の増殖と平衡アナログのない動的相転移の指標と結びつく、システムサイズの増加に収束する急激な動的応答変化を明らかにする。
量子前温と創発的動的相の複雑な相互作用を明らかにすることで, 複雑な非平衡量子多体現象を明らかにするための量子シミュレータの利用を実証した。
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