量子多体系の情報処理性能を通じて相転移現象を解明~物性物理と情報科学との架け橋となる量子リザバープロービング~

ad

2025-04-25 東京大学

東京大学の研究チームは、新手法「量子リザバープロービング」を開発し、量子多体系における情報伝搬ダイナミクスを解析しました。この手法は、局所励起からの情報推定性能を指標とし、量子相転移およびトポロジカル相転移を統一的に高精度で検出することに成功しました。特に量子臨界点付近では推定性能が著しく低下する現象を発見し、これを相転移のマーカーとして利用しました。本成果は物性物理と情報科学の融合を促進し、量子多体現象解明に寄与することが期待されます。

量子多体系の情報処理性能を通じて相転移現象を解明~物性物理と情報科学との架け橋となる量子リザバープロービング~
量子リザバープロービングによる相転移検出の概念図

<関連情報>

量子相転移の量子リザーバープロービング Quantum reservoir probing of quantum phase transitions

Kaito Kobayashi & Yukitoshi Motome
Nature Communications  Published:25 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-58751-0

Abstract

Quantum phase transitions are highly remarkable phenomena manifesting in quantum many-body systems. However, their precise identifications in equilibrium systems pose significant theoretical and experimental challenges. Thus far, dynamical detection protocols employing global quantum quenches have been proposed, wherein transitions are discerned via global nonequilibrium excitations. In this work, we demonstrate that quantum phase transitions can be detected through localized out-of-equilibrium excitations induced by local quantum quenches. While the resulting dynamics after the quench is influenced by both the local quench operation and the intrinsic dynamics of the quantum system, the effects of the former are exclusively extracted using the cutting-edge framework called quantum reservoir probing (QRP). Through the QRP, we find that the impacts of the local quenches vary across different quantum phases and are significantly suppressed by quantum fluctuations amplified near quantum critical points; consequently, phase boundaries are precisely delineated. We demonstrate that the QRP can detect quantum phase transitions in the paradigmatic integrable and nonintegrable quantum spin systems, and even topological quantum phase transitions, all within the identical framework employing local quantum quenches and single-site observables.

1700応用理学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました