对预热动态相变及共振熔化的观察

《Nature》：Observation of prethermal dynamical phase transitions and resonant melting

　　

摘要

在许多材料科学、高能物理和量子化学领域中，孤立量子系统在突然遇冷后的动态行为起着核心作用^{1、2、3、4}。这种远离平衡状态的量子动力学表现为复杂的现象，对热化过程、非平衡相变和Fl?quet相工程具有重要意义^{5、6、7、8}。然而，数值上研究这种量子动力学非常具有挑战性，尤其是在高维系统中^9、10。在这里，我们使用了一种可编程的中性原子量子模拟器^{11，系统地研究了多达180量子比特的自旋模型中的淬火动力学。通过将系统初始化为产物态并在广泛的参数空间内进行淬火实验，我们发现了几种稳定且质量上不同的动态状态。我们发现这些状态对类似Floquet的预热稳态具有良好的鲁棒性8，这些稳态在指数级长的时间尺度内由于强烈的动态约束而得到稳定。我们还观察到动态响应中的尖锐峰值，这些峰值可以通过共振现象对预热化过程的结构化现象进行定量解释。在二维系统中，我们发现了一个由预热过程驱动的一级动态相变，该相变与Néel序缺陷的增殖有关6、12，并通过广义Clausius–Clapeyron测试对其进行了定量研究。这些结果共同为高能量预热相结构的研究提供了一条可编程的途径：长寿命的动态相、它们的共振破坏以及不来自平衡相边界的一级动态相变。}