論文の概要: Universal equilibrium magic in quantum many-body systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.22939v1
- Date: Mon, 24 Aug 2026 08:13:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-25 13:29:43.961042
- Title: Universal equilibrium magic in quantum many-body systems
- Title（参考訳）: 量子多体系における普遍平衡魔法
- Abstract要約: 高温の多体系は長距離魔法を持ち、有限局所量子回路では除去できないことを示す。
本研究は,多体系の熱力学特性としてマジックを確立し,量子多体資源の統一的な枠組みを提供する可能性があることを示唆する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3181700357675698
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Thermalization conventionally describes local properties of isolated many-body systems at equilibrium. Magic, or nonstabilizerness $\unicode{x2013}$ the resource enabling universal quantum computation $\unicode{x2013}$ is by contrast encoded in the global structure of the many-body wavefunction. We show that, despite its global nature, the magic of equilibrium pure states of chaotic many-body systems, including late-time evolved states and energy eigenstates, is universal: it is captured by the thermal Scrooge ensemble, the minimally informative ensemble of pure states consistent with the Gibbs state at the same effective temperature. Therefore, for systems with no conserved quantities other than the total energy, equilibrium magic is a function of temperature alone, independent of the initial state and other microscopic features of the equilibrium state. This yields concrete universal predictions for the stabilizer Rényi entropies (SREs). At infinite temperature, the SRE is set by Haar-like fluctuations of the Pauli spectrum, while at finite temperature energy conservation induces a volume-law thermodynamic correction controlled by the thermal Pauli spectrum. We support these predictions with analytical arguments and extensive numerical simulations. We further show that chaotic many-body systems at high temperatures possess long-range magic and entanglement that cannot be removed by finite-depth local quantum circuits. Our results establish magic as a thermodynamic property of chaotic many-body systems and suggest that Scrooge ensembles may provide a unified framework for quantum many-body resources.
- Abstract（参考訳）: 熱化は伝統的に、分離された多体系の平衡における局所的性質を記述している。
Magic, or nonstabilizerness $\unicode{x2013}$ 普遍量子計算を可能にするリソース $\unicode{x2013}$ は多体波動関数のグローバル構造にエンコードされるコントラストである。
熱スクロージアンサンブル(熱スクロージアンサンブル)によって捉えられ、同じ有効温度でギブズ状態と整合した純粋状態の最小限の情報的アンサンブルによって、その大域的性質にもかかわらず、後期進化状態やエネルギー固有状態を含むカオス多体系の平衡純状態の魔法が普遍的であることを示す。
したがって、総エネルギー以外の保存量を持たない系では、平衡魔法は温度のみの関数であり、初期状態や平衡状態のその他の微視的特徴とは独立である。
これにより、安定化子レニイエントロピー(SRE)の具体的な普遍的予測が得られる。
無限温度では、SREはパウリスペクトルのハール様のゆらぎによって設定され、一方有限温度のエネルギー保存では、熱パウリスペクトルによって制御される体積法熱力学的補正が誘導される。
我々はこれらの予測を解析的議論と広範な数値シミュレーションで支援する。
さらに、高温におけるカオス多体系は、有限深部量子回路では除去できない長距離魔法と絡み合いを持つことを示した。
この結果はカオス多体系の熱力学特性としてマジックを確立し,Scroogeアンサンブルが量子多体資源の統一的な枠組みを提供する可能性が示唆された。
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