Вы один из авторов этой статьи? Напишите нам с рабочей или университетской почты, указав arXiv ID этой статьи, и мы подтвердим вас и дадим доступ к редактированию этой страницы.
Вы автор работы и видите, что мы что-то упустили или поняли неточно? Напишите нам: тема письма уже содержит номер статьи. Мы прочитаем, учтём и поправим разбор.
Частицы в беспорядке ведут себя как застывшее стекло, но не все сразу.
📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.
Кубики льда в стакане тают, и вода перемешивается сама собой. Так ведут себя многие квантовые системы: частицы обмениваются энергией, и через какое-то время порядок исчезает. Но если в стакан добавить ложку мёда, перемешивание замедлится, а при сильном холоде вода застынет в стекло — без кристаллической решётки, но и без текучести.
Физики собрали двумерную решётку из сверхпроводящих кубиков — крошечных квантовых переключателей — и внесли в неё намеренный беспорядок. При слабом беспорядке спины, то есть магнитные моменты частиц, свободно перемещались, как молекулы в тёплой воде. Но когда беспорядок усилили, система попала в промежуточное состояние: часть спинов замерла, как в стекле, а часть продолжала шевелиться. Это видно по тому, что вероятность вернуться в исходное состояние падала медленно, по степенному закону, а не быстро, как в обычной жидкости.
В стекле атомы застревают в случайных положениях, а не выстраиваются в кристалл. Здесь то же самое, только на квантовом уровне: одни спины замерли, а другие — нет.
Оказалось, что в этом режиме исчезает диффузия спинов — они перестают расплываться по системе. Одновременно появляется параметр порядка, который обычно связывают со стеклянной фазой. Это значит, что двумерные квантовые системы могут иметь переход из эргодичной фазы, где всё перемешивается, в неэргодичную, похожую на стекло.
Disorder in quantum many-body systems can drive transitions between ergodic and non-ergodic phases, yet the nature--and even the existence--of these transitions remains intensely debated. Using a two-dimensional array of superconducting qubits, we study an interacting spin model at finite temperature in a disordered landscape, tracking dynamics both in real space and in Hilbert space. Over a broad disorder range, we observe an intermediate non-ergodic regime with glass-like characteristics: physical observables become broadly distributed and some, but not all, degrees of freedom are effectively frozen. The Hilbert-space return probability shows slow power-law decay, consistent with finite-temperature quantum glassiness. In the same regime, we detect the onset of a finite Edwards-Anderson order parameter and the disappearance of spin diffusion. By contrast, at lower disorder, spin transport persists with a nonzero diffusion coefficient. Our results show that there is a transition out of the ergodic phase in two-dimensional systems.
