量子物理学:カオス系の記述(Quantum physics: describing chaotic systems)

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2024-09-02 ミュンヘン大学(LMU)

LMUの研究者は、量子多体系のカオス的なシステムを「揺らぎ流体力学(FHD)」で記述できる可能性を示唆しました。複雑な微視的相互作用を持つカオス的なシステムでも、拡散方程式とランダムノイズによって単純に説明できるという理論です。研究チームは超低温のセシウム原子を用いて実験を行い、時間と共に密度の揺らぎや相関がFHDによって定量的に説明できることを確認しました。これにより、量子カオスシステムも単純な拡散過程として記述できる可能性が示されました。

<関連情報>

カオス量子系におけるゆらぎ流体力学の出現 Emergence of fluctuating hydrodynamics in chaotic quantum systems

Julian F. Wienand,Simon Karch,Alexander Impertro,Christian Schweizer,Ewan McCulloch,Romain Vasseur,Sarang Gopalakrishnan,Monika Aidelsburger & Immanuel Bloch
Nature Physics  Published:12 August 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-024-02611-z

量子物理学:カオス系の記述(Quantum physics: describing chaotic systems)

Abstract

A fundamental principle of chaotic quantum dynamics is that local subsystems eventually approach a thermal equilibrium state. The corresponding timescales increase with subsystem size as equilibration is limited by the hydrodynamic build-up of fluctuations on extended length scales. We perform large-scale quantum simulations that monitor particle-number fluctuations in tunable ladders of hard-core bosons and explore how the build-up of fluctuations changes as the system crosses over from integrable to fully chaotic dynamics. Our results indicate that the growth of large-scale fluctuations in chaotic, far-from-equilibrium systems is quantitatively determined by equilibrium transport coefficients, in agreement with the predictions of fluctuating hydrodynamics. This emergent hydrodynamic behaviour of subsystem fluctuations provides a test of fluctuation–dissipation relations far from equilibrium and allows the accurate determination of equilibrium transport coefficients using far-from-equilibrium quantum dynamics.

1700応用理学一般
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