一维量子模拟器中有限能量相变的观测

自然界中最引人注目的多体现象之一是当温度或能量达到临界值时宏观性质的突变。此类平衡相变已在二维和三维中被预言并观测到，但长期以来被认为不存在于一维（1D）系统中。五十年前，Dyson 和 Thouless 指出，在存在长程相互作用时一维中可发生相变，但由于既要制备平衡态又要实现足够长程的相互作用，迄今尚未实现实验验证。在此我们报道首个一维有限能量相变的实验演示。我们利用一个简单的观察：有限能量态可通过时间演化乘积初态并让其在多体哈密顿量动力学下热化来制备。通过在 1D 囚禁离子量子模拟器中制备具有不同能量的初态，我们研究了长程相互作用量子系统的有限能量相图。我们在多达 $23$ 个自旋的系统中观测到铁磁平衡相变以及从低能极化顺磁体到高能非极化顺磁体的交叉，与数值模拟高度吻合。我们的工作展示了量子模拟器实现和研究有限能量密度下先前不可及的相的能力。