La ergodicidad se rompe bajo confinamiento en simuladores cuánticos de átomos fríos

La ergodicidad se rompe bajo confinamiento en simuladores cuánticos de átomos fríos

Jean-Yves Desaules1, Guo-Xian Su2,3,4, Ian P. McCulloch5, Bing Yang6, Zlatko Papic1y Jad C Halimeh7,8

1Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Leeds, Leeds LS2 9JT, Reino Unido
2Laboratorio Nacional de Ciencias Físicas a Microescala de Hefei y Departamento de Física Moderna, Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Hefei, Anhui 230026, China
3Physikalisches Institut, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 226, 69120 Heidelberg, Alemania
4Centro CAS para la Excelencia y el Centro de Innovación Sinérgica en Información Cuántica y Física Cuántica, Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Hefei, Anhui 230026, China
5Escuela de Matemáticas y Física, Universidad de Queensland, Santa Lucía, QLD 4072, Australia
6Departamento de Física, Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, Shenzhen 518055, China
7Departamento de Física y Centro Arnold Sommerfeld de Física Teórica (ASC), Ludwig-Maximilians-Universität München, Theresienstraße 37, D-80333 München, Alemania
8Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Múnich (MCQST), Schellingstraße 4, D-80799 München, Alemania

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Resumen

La simulación cuántica de teorías de calibre en dispositivos de materia cuántica sintética ha ganado mucho impulso en la última década, haciendo posible la observación de una variedad de fenómenos cuánticos exóticos de muchos cuerpos. En este trabajo, consideramos la formulación del enlace cuántico spin-$1/2$ de la electrodinámica cuántica $1+1$D con un ángulo topológico $theta, que puede usarse para sintonizar una transición de confinamiento-desconfinamiento. Al mapear exactamente este sistema en un modelo PXP con términos de masa y magnetización escalonada, mostramos una interacción intrigante entre el confinamiento y los paradigmas de ruptura de la ergodicidad de la cicatrización cuántica de muchos cuerpos y la fragmentación del espacio de Hilbert. Trazamos el rico diagrama de fases dinámicas de este modelo, encontrando una fase ergódica para valores pequeños de la masa $mu$ y potencial confinado $chi$, una fase integrable emergente para $mu$ grandes y una fase fragmentada para valores grandes de ambos parámetros. También mostramos que este último alberga resonancias que conducen a una amplia gama de modelos efectivos. Proponemos sondas experimentales de nuestros hallazgos, a las que se puede acceder directamente en las configuraciones actuales de átomos fríos.

Las teorías de calibre proporcionan una descripción fundamental de las partículas elementales. La comprensión de las propiedades de no equilibrio de las teorías de calibre promete arrojar luz sobre una variedad de fenómenos dinámicos en la física de partículas de alta energía, la materia condensada e incluso la evolución del universo primitivo. Paralelamente a los métodos tradicionales utilizados para estudiar las teorías de calibre, como los colisionadores de partículas de alta energía, la simulación analógica utilizando materia cuántica sintética ha surgido recientemente como una poderosa alternativa para probar la dinámica de tales teorías en una red.

En nuestro trabajo, estudiamos numéricamente una regularización de espín 1/2 del modelo de Schwinger que describe la electrodinámica cuántica 1+1D. Mostramos que variar los parámetros del modelo (la masa fermiónica y el ángulo topológico) permite acceder a una amplia gama de fenómenos dinámicos. En particular, encontramos regímenes en los que la dinámica cuántica da como resultado oscilaciones persistentes a partir de estados iniciales especiales, que se identifican con cicatrices cuánticas de muchos cuerpos. Sorprendentemente, descubrimos que las oscilaciones marcadas pueden intensificarse en presencia de confinamiento. En otras partes del espacio de parámetros, el espacio de Hilbert se fractura en un número exponencial de componentes, apareciendo una estructura adicional en forma de resonancias de dos parámetros. Finalmente, a través de simulaciones numéricas a gran escala, demostramos que nuestros hallazgos pueden materializarse en los experimentos existentes con bosones ultrafríos en redes ópticas.

► datos BibTeX

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[ 82 ] Consulte el Material complementario para obtener análisis adicionales y cálculos de antecedentes que respalden los resultados del texto principal. El material complementario contiene Refs. [73, 92, 93, 93-35, 98, 102-104].

[ 83 ] Dayou Yang, Gouri Shankar Giri, Michael Johanning, Christof Wunderlich, Peter Zoller y Philipp Hauke. “Simulación cuántica analógica de QED de red $(1+1)$-dimensional con iones atrapados”. Física. Rev. A 94, 052321 (2016).
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Citado por

[1] Roland C. Farrell, Marc Illa, Anthony N. Ciavarella y Martin J. Savage, "Simulaciones cuánticas de la dinámica hadrónica en el modelo de Schwinger utilizando 112 Qubits", arXiv: 2401.08044, (2024).

[2] Pranay Patil, Ayushi Singhania y Jad C. Halimeh, “Protección de la fragmentación del espacio de Hilbert mediante la dinámica cuántica de Zenón”, Revisión física B 108 19, 195109 (2023).

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2024-02-29 16:07:55). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

No se pudo recuperar Crossref citado por datos durante el último intento 2024-02-29 16:07:54: No se pudieron obtener los datos citados por 10.22331 / q-2024-02-29-1274 de Crossref. Esto es normal si el DOI se registró recientemente.

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