論文の概要: Directional scrambling of quantum information in helical multiferroics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.10710v1
- Date: Mon, 20 Dec 2021 17:58:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-04 00:46:40.117318
- Title: Directional scrambling of quantum information in helical multiferroics
- Title（参考訳）: ヘリカルマルチフェロニクスにおける量子情報の方向スクランブル
- Authors: M. Sekania, M. Melz, N. Sedlmayr, Sunil K. Mishra, J. Berakdar
- Abstract要約: 量子情報のキャリアとしての局所的な励起は、基礎となる相互作用と対称性によって支配される方法でシステムに広がった。
量子スクランブルのキャラクタリゼーションと方向依存性は、時間外整流器から推定できる。
酸化物系ヘリカルスピン系における量子情報伝播の方向性について検討した。
- 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: Local excitations as carriers of quantum information spread out in the system
in ways governed by the underlying interaction and symmetry. Understanding this
phenomenon, also called quantum scrambling, is a prerequisite for employing
interacting systems for quantum information processing. The character and
direction dependence of quantum scrambling can be inferred from the
out-of-time-ordered commutators (OTOCs) containing information on correlation
buildup and entanglement spreading. Employing OTOC, we study and quantify the
directionality of quantum information propagation in oxide-based helical spin
systems hosting a spin-driven ferroelectric order. In these systems,
magnetoelectricity permits the spin dynamics and associated information content
to be controlled by an electric field coupled to the emergent ferroelectric
order. We show that topologically nontrivial quantum phases, such as chiral or
helical spin ordering, allows for electric-field controlled anisotropic
scrambling and a direction-dependent buildup of quantum correlations. Based on
general symmetry considerations, we find that starting from a pure state (e.g.,
the ground state) or a finite temperature state is essential for observing
directional asymmetry in scrambling. In the systematic numerical studies of
OTOC, we quantify the directional asymmetry of the scrambling and verify the
conjectured form of the OTOC around the ballistic wavefront. The obtained
direction-dependent butterfly velocity $v_{\mathrm{B}}(\mathbf{n})$ provides
information on the speed of the ballistic wavefront. In general, our
calculations show an early-time power-law behavior of OTOC, as expected from an
analytic expansion for small times. The long-time behavior of OTOC reveals the
importance of (non-)integrability of the underlying Hamiltonian as well as the
implications of conserved quantities such as the $z$-projection of the total
spin.
- Abstract（参考訳）: 量子情報のキャリアとしての局所的な励起は、基礎となる相互作用と対称性によって支配される方法でシステムに広がった。
量子スクランブル(quantum scramling)とも呼ばれるこの現象を理解することは、量子情報処理に相互作用系を用いるための前提条件である。
量子スクランブルの特性と方向依存性は、相関構築情報と絡み合い拡散情報を含む時間外整列整流子(otocs)から推測できる。
OTOCを用いて、スピン駆動強誘電体秩序を有する酸化物系ヘリカルスピン系の量子情報伝播の方向性を研究・定量化する。
これらの系では、強誘電性によりスピンダイナミクスと関連する情報内容が電界によって制御される。
トポロジカルな非自明な量子相、例えばカイラルやヘリカルスピン秩序は、電場制御された異方性スクランブルと量子相関の方向依存的な構築を可能にする。
一般的な対称性の考察に基づいて、純粋な状態(例えば基底状態)や有限温度状態から始めることは、スクランブルにおける方向非対称性の観察に不可欠である。
OTOCの系統的な数値的研究では、スクランブルの方向非対称性を定量化し、弾道波面周辺のOTOCの予測形式を検証する。
得られた方向依存バターフライ速度 $v_{\mathrm{B}}(\mathbf{n})$ は、弾道波面の速度に関する情報を提供する。
概して,解析的展開から予測されるように,otocの早期のパワーロー挙動を示す。
OTOCの長時間の挙動は、基礎となるハミルトニアンの(非)可積分性の重要性と、全スピンの$z$-射影のような保存量の重要性を明らかにしている。
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