論文の概要: Exact Thermal Stabilizer Eigenstates at Infinite Temperature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.16177v2
- Date: Thu, 29 Jan 2026 10:51:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-30 14:13:19.749911
- Title: Exact Thermal Stabilizer Eigenstates at Infinite Temperature
- Title（参考訳）: 不定温度における厳密な熱安定化剤固有状態
- Authors: Akihiro Hokkyo,
- Abstract要約: 我々は、安定状態を用いて、総称的に非可積分な2体ハミルトンの正確な無限温度固有状態を構築する。
二体ハミルトニアンの安定化子固有状態は、すべての四体オブザーバブルの顕微鏡的熱平衡を満足できない。
- 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: Understanding how microscopic few-body interactions give rise to thermal behavior in isolated quantum many-body systems remains a central challenge in nonequilibrium statistical mechanics. While individual energy eigenstates are expected to reproduce thermal equilibrium values, analytic access to highly entangled thermal eigenstates of nonintegrable Hamiltonians remains scarce. In this Letter, we construct exact infinite-temperature eigenstates of generically nonintegrable two-body Hamiltonians using stabilizer states. These states can fully reproduce thermal expectation values for all spatially local observables, extending previously known Bell-pair-based constructions to a broader class. At the same time, we prove a sharp no-go theorem: stabilizer eigenstates of two-body Hamiltonians cannot satisfy microscopic thermal equilibrium for all four-body observables. This bound is tight, as we explicitly construct a translationally invariant Hamiltonian whose stabilizer eigenstate is thermal for all two-body and three-body observables as well as all spatially local observables. Our results suggest that reproducing higher-order thermal correlations requires nonstabilizer degrees of freedom, providing analytic insight into the interplay between interaction locality, microscopic thermal equilibrium, and quantum computational complexity.
- Abstract（参考訳）: 孤立量子多体系における微視的少数体の相互作用がどのように熱的挙動を引き起こすかを理解することは、非平衡統計力学における中心的な課題である。
個々のエネルギー固有状態は熱平衡値を再現することが期待されているが、非可積分ハミルトニアンの高度に絡み合った熱固有状態への解析アクセスは少ない。
このレターでは、安定化状態を用いて、総称的に可積分な2体ハミルトニアンの正確な無限温度固有状態を構築する。
これらの状態は、すべての空間的に局所的に観測可能な熱的期待値を完全に再現することができ、これまで知られていたベルペア構造をより広いクラスに拡張することができる。
一方、我々は鋭いノーゴー定理(英語版)を証明している: 2体ハミルトニアンの安定な固有状態は、すべての4体観測可能量に対して顕微鏡的な熱平衡を満足できない。
この境界は厳密であり、安定体固有状態がすべての2体および3体観測可能量とすべての空間的局所観測可能量に対して熱的であるような変換不変なハミルトン多様体を明示的に構成する。
以上の結果から,高次熱相関を再現するには非安定度が必要であり,相互作用の局所性,微視的熱平衡,量子計算複雑性の相互作用に関する解析的な知見が得られた。
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