論文の概要: Experimental simulation of non-equilibrium quantum piston on a programmable photonic quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.10647v1
• Date: Wed, 11 Mar 2026 11:06:45 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-12 16:22:32.906209
• Title: Experimental simulation of non-equilibrium quantum piston on a programmable photonic quantum computer
• Title（参考訳）: プログラマブルフォトニック量子コンピュータにおける非平衡量子ピストンの実験シミュレーション
• Authors: Govind Krishna, Rohan Yadgirkar, Balakrishnan Krishnakumar, Andrea Cataldo, Ze-Sheng Xu, Johannes W. N. Los, Val Zwiller, Jun Gao, Ali W. Elshaari,
• Abstract要約: プログラム可能なフォトニック量子コンピュータ上での2ボソン量子ピストンの非平衡ダイナミクスを実験的にシミュレーションする。 準断熱から強非断熱進化への交差を観察し、ボゾン干渉が結果として生じる2粒子フォック状態の集団と作業分布を再構成することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.643222434540059
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Quantum fluctuation relations provide a microscopic formulation of thermodynamics beyond equilibrium, but experimentally accessing many-body quantum work statistics remains an outstanding challenge. The quantum piston constitutes a canonical model of boundary-driven nonequilibrium dynamics, where finite-time deformation of a confining potential generates non-adiabatic transitions, dissipation and irreversibility. Here we experimentally simulate the nonequilibrium dynamics of a two-boson quantum piston on a programmable photonic quantum computer. Using two indistinguishable photons, we encode a truncated piston propagator through a quasi-unitary embedding, with an ancilla mode representing leakage into higher-energy states outside the resolved manifold. This architecture enables direct reconstruction of thermodynamic transition statistics for both expansion and compression protocols as functions of driving speed and final trap length. We observe the crossover from quasi-adiabatic to strongly non-adiabatic evolution and show that bosonic interference restructures the resulting two-particle Fock-state populations and work distributions. The measured statistics are in close agreement with theoretical predictions and satisfy the Jarzynski equality across expansion and compression protocols for cyclic driving we further quantify irreversibility through dissipated work and state overlap. Our work identifies programmable photonic quantum hardware as a powerful platform for simulating nonequilibrium quantum thermodynamics and for experimentally resolving how indistinguishability and many-body interference shape quantum work, dissipation and entropy production.
• Abstract（参考訳）: 量子ゆらぎ関係は、平衡を超える熱力学の微視的な定式化を提供するが、多体量子ワーク統計に実験的にアクセスすることは、依然として顕著な課題である。 量子ピストンは境界駆動の非平衡力学の標準モデルを構成し、そこでは、収束ポテンシャルの有限時間変形が非断熱遷移、散逸、可逆性を生成する。 ここでは、プログラマブルフォトニック量子コンピュータ上での2ボソン量子ピストンの非平衡ダイナミクスを実験的にシミュレーションする。 2つの区別不可能な光子を用いて、準ユニタリな埋め込みを通してトランケートされたピストンプロパゲータを符号化し、分解された多様体の外側の高エネルギー状態へのリークを表すアンシラモードを符号化する。 このアーキテクチャは、駆動速度と最終トラップ長の関数として、拡張プロトコルと圧縮プロトコルの両方の熱力学的遷移統計を直接再構成することを可能にする。 準断熱から強非断熱進化への交差を観察し、ボゾン干渉が結果として生じる2粒子フォック状態の集団と作業分布を再構成することを示す。 測定された統計は理論的な予測と密接に一致しており、循環駆動のための拡張および圧縮プロトコルをまたいだジャジンスキーの等式を満たす。 本研究は,非平衡量子熱力学をシミュレーションする強力なプラットフォームとして,プログラム可能なフォトニック量子ハードウェアを同定し,量子ワーク,散逸,エントロピー生成における不明瞭性と多体干渉形状の相違を実験的に解決する。

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