論文の概要: Observation of area laws in an interacting quantum field simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.13783v1
• Date: Wed, 15 Oct 2025 17:38:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-16 20:13:28.79163
• Title: Observation of area laws in an interacting quantum field simulator
• Title（参考訳）: 相互作用量子場シミュレータにおける領域法則の観測
• Authors: Maciej T. Jarema, Mohammadamin Tajik, Jörg Schmiedmayer, Silke Weinfurtner, Tobias Haas,
• Abstract要約: 相互作用強度を調整可能な量子場の超低温原子シミュレータにおいて、相互情報の領域則を実験的に示す。 本研究は, 空間領域間を有限温度で分割し, サブシステム体積, 境界領域, 相互情報のスケーリングについて述べる。 提案したアプローチは、データ駆動型で、モデル非依存で、他のプラットフォームやオブザーバブルにも容易に適用できます。
• 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: Information shared between parties quantifies their correlation. The encoding of correlations across space and time characterises the structure, history, and interactions of systems. One of the most fundamental properties that emerges from studies of information is the area law, which states that information shared between spatial subregions typically scales with the area of their boundary rather than their volume. In non-interacting, quantum many-body systems, where Gaussian statistics apply, the scaling of information measures is well understood. Within interacting systems, the readout of information measures is impeded by the complexity of state reconstruction. As such, no measurements beyond small quantum systems (e.g., composed of few, localised particles) have been made. Here, we fill this gap by experimentally demonstrating the area law of mutual information in an ultra-cold atom simulator of quantum fields with tuneable interaction strength. Our results detail the scaling of mutual information with subsystem volume, boundary area, and separation between spatial regions at finite temperature. Moreover, we quantify the total effect of non-Gaussian correlations using an information-theoretic measure - relative entropy. Our presented approach is data-driven, model agnostic, and readily applicable to other platforms and observables, thus constituting a universal toolkit for probing information in high-dimensional quantum systems and its role in shaping quantum matter and spacetime.
• Abstract（参考訳）: 当事者間で共有された情報は、その相関関係を定量化する。 空間と時間にまたがる相関の符号化は、システムの構造、歴史、相互作用を特徴づける。 情報の研究から生じる最も基本的な性質の1つは領域法であり、空間的部分領域間で共有される情報は、その体積よりも境界の領域にスケールする。 ガウス統計が適用される非相互作用量子多体系では、情報測度のスケーリングはよく理解されている。 相互作用するシステムでは、情報対策の読み出しは、状態再構成の複雑さによって妨げられる。 そのため、小さな量子系(例えば、少数の局在化粒子からなる)以外の測定は行われていない。 ここではこのギャップを、調整可能な相互作用強度を持つ量子場の超低温原子シミュレータにおいて、相互情報の領域則を実験的に示すことによって埋める。 本研究は, 空間領域間を有限温度で分割し, サブシステム体積, 境界領域, 相互情報のスケーリングについて述べる。 さらに、情報理論測度-相対エントロピーを用いて、非ガウス相関の総効果を定量化する。 提案手法は,データ駆動型,モデル非依存で,他のプラットフォームや観測対象にも容易に適用可能であり,高次元量子システムにおける情報探索のための汎用ツールキットと,量子物質や時空の形成におけるその役割を構成する。

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