論文の概要: Quantum synchronization and chimera states in a programmable quantum many-body system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.11910v1
- Date: Thu, 12 Mar 2026 13:26:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-13 14:46:26.103691
- Title: Quantum synchronization and chimera states in a programmable quantum many-body system
- Title（参考訳）: プログラマブル量子多体系における量子同期とキメラ状態
- Authors: Kazuya Shinjo, Kazuhiro Seki, Seiji Yunoki,
- Abstract要約: プログラマブル量子プロセッサ上でのコヒーレントフロケダイナミクスにおける対称性保護量子同期と量子キメラ状態を示す。
本研究は,プログラム可能な多体量子系において,対称性保護同期と量子キメラ状態を実験的に利用可能な非平衡動的相として確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Synchronization is a hallmark of collective behavior in classical nonlinear systems, yet its realization as a robust many-body phenomenon in coherent quantum systems remains largely unexplored. Here we demonstrate symmetry-protected quantum synchronization and a quantum chimera state in coherent Floquet dynamics on programmable superconducting quantum processors. By implementing stroboscopic evolution of a two-dimensional Heisenberg model on IBM heavy-hex devices, we observe that initially phase-randomized spins spontaneously self-organize into coherent lattice-wide oscillations. On 28 qubits, synchronization persists even for strongly randomized initial states and is stabilized by SU(2) symmetry, as confirmed by explicit symmetry breaking. Scaling up to 156 qubits reveals a qualitatively distinct regime. For weak initial randomness, global synchronization extends across the device. For strong randomness, the system fails to synchronize globally, yet subsets of qubits exhibit robust local phase coherence under homogeneous unitary dynamics. This coexistence of globally desynchronized and locally synchronized regions constitutes a quantum analogue of a classical chimera state. Statevector and matrix-product-state simulations reproduce both the symmetry-protected synchronization and the chimera coexistence, demonstrating that these phenomena arise from the intrinsic Floquet many-body dynamics. Our results establish symmetry-protected synchronization and quantum chimera states as experimentally accessible nonequilibrium dynamical phases in programable many-body quantum systems.
- Abstract（参考訳）: シンクロナイゼーションは古典的非線形系における集合的挙動の目印であるが、コヒーレント量子系における頑健な多体現象としてのその実現はほとんど未解明のままである。
ここでは、プログラマブル超伝導量子プロセッサ上でのコヒーレントフロケダイナミクスにおける対称性保護量子同期と量子キメラ状態を示す。
IBMヘビーヘックスデバイス上での2次元ハイゼンベルクモデルのストロボスコピック展開により、初期位相ランダム化されたスピンが自発的にコヒーレント格子幅の振動に自己組織化されることが観察された。
28量子ビットでは、同期は強いランダム化初期状態でも持続し、明示的な対称性の破れによって確認されたSU(2)対称性によって安定化される。
最大156量子ビットのスケーリングは、質的に異なる状態を示す。
弱い初期ランダム性のために、グローバル同期はデバイス全体に広がる。
強いランダム性のために、システムは世界中に同期することができないが、クビットの部分集合は均一なユニタリダイナミクスの下で強局所位相コヒーレンスを示す。
この非同期領域と局所同期領域の共存は、古典的キメラ状態の量子アナログを構成する。
状態ベクトルと行列-生成状態シミュレーションは対称性に保護された同期とキメラ共存の両方を再現し、これらの現象が本質的なフロッケ多体ダイナミクスから生じることを示した。
本研究は,プログラム可能な多体量子系において,対称性保護同期と量子キメラ状態を実験的に利用可能な非平衡動的相として確立した。
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