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凝聚态物理 > 统计力学

arXiv:2412.07400v1 (cond-mat)
[提交于 2024年12月10日 ]

标题: 通过零场金刚石量子模拟器中的单点操作控制离散时间晶体

标题: Controlling discrete time crystals via single-site operations in zero-field diamond quantum simulators

Authors:Naoya Egawa, Kaoru Mizuta, Joji Nasu
摘要: 离散时间晶体(DTCs)作为一种新型的非平衡物质相,已在周期性驱动系统中自发地打破了离散的时间平移对称性。 对DTCs的严格实验验证需要高度可控的量子模拟器,这在凝聚态物理和量子信息技术的多个领域引发了广泛的研究。 在这些进展中,DTCs在钻石中的混合自旋寄存器中得到了演示,该寄存器包括一个处理自旋和周围的存储自旋。 然而,在传统策略中涉及偏置磁场,磁场的应用有效地限制了处理自旋的可控性。 这一限制可能成为DTCs下一个目标的重大障碍:通过增强局部可控性实现多功能性。 在本研究中,我们通过在整个系统中设计特定的单位点控制,理论上提出了多种DTC协议。 为此,我们考虑了一个基于钻石的量子模拟器模型,该模型无需偏置磁场运行,从而消除了对处理自旋的限制。 我们的研究结果表明,单位点操作能够以周期性和寿命等方面的不同特征访问DTCs。 因此,这种方法为通过单位点操作创建多样化的DTCs提供了一个有前景的平台。
摘要: Discrete time crystals (DTCs) have emerged as novel nonequilibrium phases of matter that spontaneously break discrete time-translation symmetry in periodically driven systems. Rigorous experimental validation of DTCs, which requires highly controllable quantum simulators, has stimulated extensive research across diverse fields in condensed matter physics and quantum information technologies. Among these advances, DTCs were demonstrated in a hybrid spin register within diamond, comprising a processor spin and surrounding memory spins. However, in conventional strategies involving a bias magnetic field, the field application effectively restricts the controllability of the processor spin. This limitation can be a significant barrier to the next goal of DTCs: achieving multifunctionality through enhanced local controllability. In this study, we theoretically propose multiple DTC protocols through the design of specific single-site control within the entire system. To this end, we consider a concrete model of a diamond-based quantum simulator operating without a bias magnetic field, thereby eliminating the restrictions on the processor spin. Our findings demonstrate that single-site operations enable access to DTCs with multiple distinct features in terms of periodicity and lifetime. Therefore, this approach provides a promising platform for creating diverse DTCs induced by single-site operations.
评论: 16页,3图
主题: 统计力学 (cond-mat.stat-mech) ; 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2412.07400 [cond-mat.stat-mech]
  (或者 arXiv:2412.07400v1 [cond-mat.stat-mech] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.07400
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. B 111, 144311 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.144311
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来自: Naoya Egawa [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 12 月 10 日 10:45:35 UTC (3,354 KB)
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