在量子处理器的多体混沌与局域化相中测量谱形态因子
量子物理
2025-01-17 v1
摘要
谱形态因子（SFF）刻画了作为量子混沌特征的普适谱涨落，并在推进包括黑洞和量子多体系统研究在内的多个物理学前沿中发挥了重要作用。然而，由于随着系统尺寸增大能级间距变得指数级小而难以分辨，在多体系统中测量SFF极具挑战性。在此，我们使用超导量子处理器并结合随机测量协议，实验测量了SFF以探测量子多体系统中混沌的存在与否。对于Floquet混沌系统，我们在SFF中观察到了随机矩阵理论给出的谱刚性特征，表现为斜坡-平台行为。对于哈密顿系统，我们利用SFF区分了量子多体混沌相和预热多体局域化。我们在混沌相中观察到了随机矩阵理论的下降-斜坡-平台行为，并对比了多体混沌相与局域化相中平台时间随系统尺寸的标度。此外，我们通过测量SFF的推广形式（即部分SFF）探测了本征态统计，并在两相中观察到了约化密度矩阵纯度的不同行为。这项工作通过探测本征能量和本征态中的关联，揭示了一种在量子器件中提取多体量子混沌普适特征的新途径。
引用
@article{arxiv.2403.16935,
title = {Measuring Spectral Form Factor in Many-Body Chaotic and Localized Phases of Quantum Processors},
author = {Hang Dong and Pengfei Zhang and Ceren B. Dag and Yu Gao and Ning Wang and Jinfeng Deng and Xu Zhang and Jiachen Chen and Shibo Xu and Ke Wang and Yaozu Wu and Chuanyu Zhang and Feitong Jin and Xuhao Zhu and Aosai Zhang and Yiren Zou and Ziqi Tan and Zhengyi Cui and Zitian Zhu and Fanhao Shen and Tingting Li and Jiarun Zhong and Zehang Bao and Hekang Li and Zhen Wang and Qiujiang Guo and Chao Song and Fangli Liu and Amos Chan and Lei Ying and H. Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.16935},
year = {2025}
}
备注
12 pages, 9 figures