論文の概要: Fock space prethermalization and time-crystalline order on a quantum processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.24059v1
• Date: Tue, 28 Oct 2025 04:40:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-29 15:35:36.787274
• Title: Fock space prethermalization and time-crystalline order on a quantum processor
• Title（参考訳）: 量子プロセッサにおけるフォック空間前温化と時間結晶秩序
• Authors: Zehang Bao, Zitian Zhu, Yang-Ren Liu, Zixuan Song, Feitong Jin, Xuhao Zhu, Yu Gao, Chuanyu Zhang, Ning Wang, Yiren Zou, Ziqi Tan, Aosai Zhang, Zhengyi Cui, Fanhao Shen, Jiarun Zhong, Yiyang He, Han Wang, Jia-Nan Yang, Yanzhe Wang, Jiayuan Shen, Gongyu Liu, Yihang Han, Yaozu Wu, Jinfeng Deng, Hang Dong, Pengfei Zhang, Hekang Li, Zhen Wang, Chao Song, Chen Cheng, Rubem Mondaini, Qiujiang Guo, Biao Huang, H. Wang,
• Abstract要約: 本研究では,Fock Space Prethermalization (FSP) と呼ばれる非障害性機構を,加熱抑制のために提案し,実証する。 FSPはフォック空間ネットワークを線形に多くのスパースサブネットワークに分割し、熱化時間スケールを延長する。 我々の研究は、FSPをエルゴード性を破壊する堅牢なメカニズムとして確立し、新しい非平衡量子物質を探索する方法を開拓する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 16.851572777416383
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Periodically driven quantum many-body systems exhibit a wide variety of exotic nonequilibrium phenomena and provide a promising pathway for quantum applications. A fundamental challenge for stabilizing and harnessing these highly entangled states of matter is system heating by energy absorption from the drive. Here, we propose and demonstrate a disorder-free mechanism, dubbed Fock space prethermalization (FSP), to suppress heating. This mechanism divides the Fock-space network into linearly many sparse sub-networks, thereby prolonging the thermalization timescale even for initial states at high energy densities. Using 72 superconducting qubits, we observe an FSP-based time-crystalline order that persists over 120 cycles for generic initial Fock states. The underlying kinetic constraint of approximately conserved domain wall (DW) numbers is identified by measuring site-resolved correlators. Further, we perform finite-size scaling analysis for DW and Fock-space dynamics by varying system sizes, which reveals size-independent regimes for FSP-thermalization crossover and links the dynamical behaviors to the eigenstructure of the Floquet unitary. Our work establishes FSP as a robust mechanism for breaking ergodicity, and paves the way for exploring novel nonequilibrium quantum matter and its applications.
• Abstract（参考訳）: 周期的に駆動される量子多体系は、様々な異方性非平衡現象を示し、量子応用に有望な経路を提供する。 これらの強い絡み合った状態の安定化と利用の基本的な課題は、駆動からのエネルギー吸収によるシステム加熱である。 そこで本研究では,Fock Space Prethermalization (FSP) とよばれる無秩序化機構を提案する。 この機構はフォック空間ネットワークを線形に多くのスパースサブネットワークに分割し、高エネルギー密度の初期状態においても熱化時間スケールを延長する。 72個の超伝導量子ビットを用いて、FSPに基づく時間結晶秩序を観測し、総称初期フォック状態に対して120サイクル以上持続する。 約保存された領域壁 (DW) 数の根底にある速度論的制約は, 部位分解相関器の測定によって同定される。 さらに,FSP熱水化クロスオーバーにおけるサイズ非依存な構造を明らかにし,Floquetユニタリの固有構造に動的挙動を関連付けるシステムサイズによるDWおよびFock空間の有限サイズスケーリング解析を行う。 我々の研究は、FSPをエルゴード性を破壊する堅牢なメカニズムとして確立し、新しい非平衡量子物質とその応用を探求する道を開く。

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