論文の概要: Observation of phase synchronization and alignment during free induction
decay of quantum spins with Heisenberg interactions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.05748v2
- Date: Thu, 24 Jun 2021 11:05:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-04 01:32:49.852226
- Title: Observation of phase synchronization and alignment during free induction
decay of quantum spins with Heisenberg interactions
- Title（参考訳）: ハイゼンベルク相互作用による量子スピンの自由誘導崩壊における位相同期とアライメントの観察
- Authors: P. Vorndamme (U. Bielefeld), H.-J. Schmidt (U. Osnabr\"uck), Chr.
Schr\"oder (FH & U. Bielefeld), J. Schnack (U. Bielefeld)
- Abstract要約: 我々は、近辺あるいは長距離の等方性ハイゼンベルク相互作用を持つ可積分かつ非可積分スピン環と同様に、個々のスピンの期待値の方向を同期させるという驚くべき理論的な観察を報告する。
数値シミュレーションでは、時間依存シュリンガー方程式を正確に解くことにより、最大$N = 25$量子スピンと$s = 1/2$のアンサンブルのフリーインダクション崩壊(FID)を調べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Equilibration of observables in closed quantum systems that are described by
a unitary time evolution is a meanwhile well-established phenomenon apart from
a few equally well-established exceptions. Here we report the surprising
theoretical observation that integrable as well as non-integrable spin rings
with nearest-neighbor or long-range isotropic Heisenberg interaction not only
equilibrate but moreover also synchronize the directions of the expectation
values of the individual spins. We highlight that this differs from spontaneous
synchronization in quantum dissipative systems. Here, we observe mutual
synchronization of local spin directions in closed systems under unitary time
evolution. Contrary to dissipative systems, this synchronization is independent
of whether the interaction is ferro- or antiferromagnetic. In our numerical
simulations, we investigate the free induction decay (FID) of an ensemble of up
to $N = 25$ quantum spins with $s = 1/2$ each by solving the time-dependent
Schr\"odinger equation numerically exactly. Our findings are related to, but
not fully explained by conservation laws of the system. The synchronization is
very robust against for instance random fluctuations of the Heisenberg
couplings and inhomogeneous magnetic fields. Synchronization is not observed
with strong enough symmetry-breaking interactions such as the dipolar
interaction. We also compare our results to closed-system classical spin
dynamics which does not exhibit phase synchronization due to the lack of
entanglement. For classical spin systems the fixed magnitude of individual
spins effectively acts like additional $N$ conservation laws.
- Abstract（参考訳）: 単位時間進化によって記述される閉量子系における可観測物の平衡は、いくつかの等しく確立された例外を除いて、一方的に確立された現象である。
ここでは、最も近い近傍あるいは長距離の等方的ハイゼンベルク相互作用を持つ可積分なスピン環と同様に、驚くべき理論的な観察を報告し、さらに個々のスピンの期待値の方向を同期させる。
量子散逸系における自然同期とは異なる点を強調した。
ここでは、ユニタリ時間発展の下で閉系における局所スピン方向の相互同期を観測する。
散逸系とは異なり、この同期は相互作用が強磁性か反強磁性かに依存しない。
数値シミュレーションでは、時間依存シュリンガー方程式を正確に解くことにより、最大$N = 25$量子スピンと$s = 1/2$のアンサンブルのフリーインダクション崩壊(FID)を調べる。
本研究は, 本システムの保全法則と関係があるが, 完全には説明されていない。
同期は、例えばハイゼンベルク結合と不均一磁場のランダムなゆらぎに対して非常に堅牢である。
同期は双極子相互作用のような十分な対称性と破壊的な相互作用では観測されない。
また, エンタングルメントの欠如により位相同期を示さない閉系古典スピン力学との比較を行った。
古典スピン系では、個々のスピンの固定等級は、追加のn$保存則として効果的に作用する。
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