統計物理学：乱れのないシュタルク多体局在の観測

熱化とは、物理系が温度などの少数の大域的特性で定義される平衡状態に到達する統計物理学の普遍的な過程である。熱化は、可逆力学に限定された孤立した量子多体系においてさえ、一般的には優勢となる。しかし、こうした系では、多体局在（MBL）によって非熱的な状態が維持されるという別の可能性がある。この現象には乱れが不可欠な要素であると長く考えられてきたが、最近の理論研究では、空間的に増大する磁場を伴うが乱れのない量子多体系もMBLを示す可能性があり、その結果として「シュタルクMBL」が生じることが示唆されている。今回我々は、トラップイオン量子シミュレーターにおいてシュタルクMBLを実現し、その重要な特性である熱化の停止とゆっくりとした相関の伝播を実証する。我々は、有効磁場勾配中のイオンのスピン間の相互作用を調整して、それらの微視的な平衡化をさまざまな初期状態に対して直接観測し、単一サイト制御を適用して、スピン鎖の離れた領域間の相関を測定した。さらに我々は、変動勾配を操作することによって、長寿命の熱化領域と非熱化領域が共存する、乱れのない系を作り出した。今回の結果は、MBLの予想外の一般性を実証しており、熱化の基本的な要件を示唆するとともに、長寿命の非平衡量子物質の工学的利用の可能性を示している。

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