Observing the Quantum Mpemba Effect in Quantum Simulations

物理 热化 量子纠缠 量子 不对称 量子力学 对称性破坏 对称(几何) 量子态 非平衡态热力学 几何学 数学
作者
Lata Kh Joshi,Johannes Franke,Aniket Rath,Filiberto Ares,Sara Murciano,Florian Kranzl,R. Blatt,P. Zoller,Benoît Vermersch,Pasquale Calabrese,C. F. Roos,Manoj K. Joshi
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:133 (1) 被引量:57
标识
DOI:10.1103/physrevlett.133.010402
摘要

The nonequilibrium physics of many-body quantum systems harbors various unconventional phenomena. In this Letter, we experimentally investigate one of the most puzzling of these phenomena—the quantum Mpemba effect, where a tilted ferromagnet restores its symmetry more rapidly when it is farther from the symmetric state compared to when it is closer. We present the first experimental evidence of the occurrence of this effect in a trapped-ion quantum simulator. The symmetry breaking and restoration are monitored through entanglement asymmetry, probed via randomized measurements, and postprocessed using the classical shadows technique. Our findings are further substantiated by measuring the Frobenius distance between the experimental state and the stationary thermal symmetric theoretical state, offering direct evidence of subsystem thermalization.Received 18 January 2024Accepted 29 March 2024DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.010402© 2024 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasOpen quantum systems & decoherenceQuantum controlQuantum measurementsQuantum quenchQuantum simulationQuantum statistical mechanicsQuantum thermodynamicsQuantum transportStatistical Physics & ThermodynamicsQuantum Information, Science & Technology
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