量子シミュレーション：前熱化動的相転移と共鳴融解の観測

急激なクエンチ後の孤立量子系のダイナミクスは、材料科学、高エネルギー物理学、量子化学の多くの領域で中心的な役割を果たしている。こうした平衡から大きく外れた量子ダイナミクスは複雑な現象を特徴とし、熱化、非平衡相転移、フロケ相エンジニアリングに関係するが、特に高次元系では数値的な研究が難しい。今回我々は、プログラム可能な中性原子量子シミュレーターを用い、最大180キュービットからなるスピン模型においてクエンチダイナミクスを系統的に探索した。我々は、系を積状態に初期化し、広いパラメーター空間にわたってクエンチを行うことによって、安定で、定性的に異なる複数の動的レジームを見いだした。我々は、これらのロバスト性が、強い動力学的制約によって、指数関数的に長い創発的な時間スケールにわたり安定化される、フロケ系に似た前熱化定常状態に由来することを明らかにした。さらに我々は、動的応答に鋭いピークを観測し、これらのピークが、共鳴を介した前熱化の構造化された融解によって定量的に説明されることを示す。我々は、二次元において、ネール秩序の欠陥の増殖に結び付いた、前熱化に駆動される一次の動的相転移を見いだし、これを、一般化されたクラウジウス–クラペイロン関係に基づく検証法を用いて定量的に調べた。まとめるとこれらの結果は、長寿命の動的相、それらの共鳴による崩壊、そして平衡相境界から引き継がれたものではない一次の動的相転移という、高エネルギー前熱化相構造を実現するための、プログラム可能な経路を確立している。

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