論文の概要: Probing Majorana Modes via Local Spin Dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.15033v1
• Date: Thu, 30 Dec 2021 12:40:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-02 21:22:02.712160
• Title: Probing Majorana Modes via Local Spin Dynamics
• Title（参考訳）: 局所スピンダイナミクスによるマヨラナモードの探索
• Authors: Johannes Bjerlin, Anders S. S{\o}rensen, Stephan Haas
• Abstract要約: 結合依存交換相互作用を持つ量子スピン鎖におけるマヨラナモードについて検討する。 ここでは、いわゆる北エフ臨界点に近い北エフ・ハイゼンベルク(KH)ハミルトニアンの2時間相関について考察する。 我々は、KHスピン鎖を北エフのフェルミオンモデルのトポロジカルな状態にマッピングする摂動相互作用を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate Majorana modes in a quantum spin chain with bond-dependent exchange interactions by studying its dynamics. Specifically, we consider two-time correlations for the Kitaev-Heisenberg (KH) Hamiltonian close to the so-called Kitaev critical point. Here, the model coincides with a phase boundary of two uncoupled instances of Kitaev's model for p-wave superconductors, together supporting a degenerate ground state characterized by multiple Majorana modes. In this regime, the real-time dynamics of local spins reveal a set of strong zero modes, corresponding to a set of protruding frequencies in the two-time correlation function. We derive perturbative interactions that map the KH spin chain onto the topological regime of Kitaev's fermionic model, thus opening up a bulk gap whilst retaining almost degenerate modes in the mesoscopic regime, i.e., for finite system sizes. This showcases the emergence of Majorana modes in a chain of effective dimers. Here, the binding energy within each unit cell competes with the inter-dimer coupling to generate a finite size energy gap, in analogy with local energy terms in the transverse-field Ising model. These modes give rise to long coherence times of local spins located at the system edges. By breaking the local symmetry in each dimer, one can also observe a second class of Majorana modes in terms of a beating frequency in the two-time correlations function of the edge spin. Furthermore, we develop a scenario for realizing these model predictions in ion-trap quantum simulators with collective addressing of the ions.
• Abstract（参考訳）: 結合依存交換相互作用を持つ量子スピン鎖におけるマヨラナモードについて、そのダイナミクスの研究により検討する。 具体的には、いわゆるキタエフ臨界点に近いキタエフ・ハイゼンベルク(kh)ハミルトニアンに対する2つの時間相関を考える。 ここで、このモデルは、p波超伝導体に対するキタエフの2つの非結合例の位相境界と一致し、複数のマヨラナモードを特徴とする縮退基底状態をサポートする。 この方法では、局所スピンのリアルタイムダイナミクスは、2つの時間相関関数の突出周波数のセットに対応する強いゼロモードのセットを明らかにする。 我々は、khスピン鎖をキタエフのフェルミオン模型の位相的レジームに写像する摂動相互作用を導出し、したがって、メソスコピックレジーム、すなわち有限の系サイズに対してほぼ縮退モードを維持しながらバルクギャップを開放する。 これは、効果的な二量体の連鎖におけるマヨラナモードの出現を示す。 ここで、各単位セル内の結合エネルギーは二量体カップリングと競合し、横場イジングモデルにおける局所エネルギー項と類似して有限サイズのエネルギーギャップを生成する。 これらのモードは、系端に位置する局所スピンの長いコヒーレンス時間を引き起こす。 各ダイマーの局所対称性を破ることで、エッジスピンの2つの時間相関関数におけるビート周波数の観点から、マヨラナモードの第二級を観察することもできる。 さらに,これらのモデル予測をイオントラップ量子シミュレータで実現するシナリオを開発し,イオンを集合的にアドレス付けする。

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