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基于超导量子处理器的希尔伯特空间碎片化研究 | 进展

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-03-15 18:30
    

主要观点总结

本文介绍了中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导量子团队在量子多体系统中的研究。他们首次在实验中观测到了史塔克系统中希尔伯特空间碎片化的动力学特征,并对此进行了深入研究。该研究揭示了史塔克系统中弱遍历性破缺的动力学特征,为理解多体系统中希尔伯特空间碎片化现象提供了新的实验依据。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景与目的

量子多体系统中的热化现象通常由本征态热化假设描述,但在某些情况下会出现遍历性破缺现象。近年来,弱遍历性破缺现象和希尔伯特空间碎片化引起了广泛关注。本文的目的是揭示史塔克系统中弱遍历性破缺的动力学特征,并探究希尔伯特空间碎片化的实验观测。

关键观点2: 研究方法和实验设计

研究团队使用梯子型超导量子处理器进行实验,通过精确调控量子比特的频率和初始态制备,研究了史塔克系统中不同畴壁数初态的淬火动力学。他们研究了具有相同量子数和能量,但畴壁数不同的初态的动力学行为。

关键观点3: 实验结果与发现

实验结果表明,在史塔克系统中,不同畴壁数的初态展现出截然不同的动力学行为,这是系统发生弱遍历性破缺的典型特征。研究团队还通过实验测量了动力学参与熵,为史塔克系统中的希尔伯特空间碎片化提供了直接的定量证据。

关键观点4: 研究意义和展望

该研究不仅揭示了史塔克系统中弱遍历性破缺的动力学特征,还为理解多体系统中希尔伯特空间碎片化现象提供了新的实验依据。对于更大尺寸的系统,研究团队提出了一种通过测量子系统参与熵来估计整个系统参与熵上限的方案,为更大系统中希尔伯特空间碎片化现象的研究提供了可行的实验方法。


文章预览

在量子多体系统中,热化现象通常由本征态热化假设描述,即 对于系统单个本征态,其局域观测值与热系综期望值相同,而量子态演化会遍历所有本征态 。但在某些情况下,如多体局域化和量子疤痕态等,展现出了遍历性破缺现象。而近年来,弱遍历性破缺现象引起了广泛关注,尤其是希尔伯特空间碎片化现象。希尔伯特空间碎片化是指系统的希尔伯特空间被分割成多个不连通的Krylov子空间,导致动力学行为强烈依赖于初始条件。研究发现线性势系统(史塔克系统)中,系统展现出史塔克多体局域化现象,这与希尔伯特空间碎片化密切相关。 中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导量子团队利用梯子型超导量子处理器,首次在实验中观测到了史塔克系统中希尔伯特空间碎片化的动力学特征。团队使用的超导量子处理器由 30 个量 ………………………………

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