量子自旋水坑与湖泊：来自非平衡动力学的 NISQ 时代自旋液体

尽管多体系统可以承载长程纠缠的量子自旋液体（QSL），但将其作为基态实现的要素可能极其困难。在许多情况下，人们需要（i）受限的希尔伯特空间和（ii）广延的量子叠加。典型例子是环面码，或 $\mathbb{Z}_2$ 自旋液体，它是闭合环路态的叠加。我们展示了非平衡哈密顿量动力学如何为创造此类 QSL 提供一条简捷路径。我们表明，不是冷却到哈密顿量的基态，而是通过简单的参数扫掠可以将一族初始乘积态动态地投影到受限空间中，从而产生 QSL。对于环面码，这可以在 $e$ 和 $m$ 任意子之间具有能量尺度分离的系统中实现，其中人们可以以相对于前者（后者）绝热（突然）的方式扫掠。尽管这种尺度分离不能延伸到热力学极限，但我们解析和数值地表明，该方法能在有限尺寸区域内高效制备自旋液体，我们称之为“量子自旋湖”。这一机制阐明了最近在里德伯原子阵列中观察到的红宝石晶格自旋液体的动力学态制备的实验和数值现象。事实上，$m$ 任意子的缓慢动力学表明，我们可以通过在树晶格上模拟动力学来捕捉自旋湖的制备，这通过张量网络模拟得到了证实。最后，我们利用这一机制提出新的实验，例如，使用里德伯原子制备有限尺寸的 $U(1)$ 自旋液体作为蜂窝 Rokhsar-Kivelson 二聚体模型——考虑到其平衡对应物在 $2+1$D 中不稳定，这十分引人注目。我们的工作为 NISQ 器件中非平衡物理的研究以及有限范围奇异态的探索开辟了新途径。