量子相变中气泡成核的量子模拟
液-气相变是不连续(一级)相变的经典例子。这种相变是宇宙学、核与粒子物理以及凝聚态物理中许多现象的基础。它们导致了长寿命的亚稳态,其衰变可以由热涨落或量子涨落驱动。然而,在量子领域中,这些状态如何坍缩为稳定相的直接实验观察仍然难以实现。该研究团队利用囚禁离子量子模拟器,观察了由量子涨落诱导的“气泡成核”的实时动力学。气泡是稳定相的局域化区域,当系统被驱动跨越不连续的量子相变时,这些区域会自发形成或成核并扩展。通过实现具有可调和时间依赖相互作用的混合场伊辛自旋模型,研究团队跟踪了亚稳态的微观演化,因为哈密顿参数随时间以不同速度变化,使系统脱离平衡。位点分辨测量揭示了有限尺寸量子气泡的出现和演化,为亚稳态衰变机制提供了直接见解。该团队还识别了相变附近的非平衡标度行为,与广义的Kibble-Zurek机制一致。该工作的结果展示了量子模拟器在探测非平衡多体物理中的强大能力,包括量子气泡成核,这是不连续量子相变的一个关键特征,并应用于早期宇宙物质形成的研究。
