晶格规范模拟器中相互关联的热化与量子临界性

规范理论与热化均为物理学基石，如今也都是现代量子科学与技术中至关重要的课题。近期借助超冷原子实现的晶格规范理论（LGTs）模拟，为在同一体系中关联研究规范理论与热化提供了独特机遇。理论研究表明，该实现的 LGT 中存在伊辛量子相变，且量子热化亦可表征此相变。然而，由于缺乏局域操控与探测物质场及规范场的技术，精确确定临界点并可控探索量子临界区中的热化动力学仍是实验挑战。在此，我们通过为 LGT 模拟器配备单格点寻址与原子数分辨探测，从平衡与非平衡热化两个角度实验研究了 LGT 中的量子临界性。我们精确确定了与理论预测值相符的量子临界点。我们确定性地制备 $|Z_{2}\rangle$ 态并研究其跨越临界点的热化动力学，观察到该 $|Z_{2}\rangle$ 态仅在临界区发生热化。该结果彰显了量子多体疤痕、量子临界性与对称性破缺之间的相互作用。