論文の概要: Quantum phase transition in XXZ central spin model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.04191v1
• Date: Sat, 9 Jul 2022 04:25:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-05 21:33:16.134346
• Title: Quantum phase transition in XXZ central spin model
• Title（参考訳）: XXZ中心スピンモデルにおける量子相転移
• Authors: Lei Shao, Rui Zhang, Wangjun Lu, Zhucheng Zhang, Xiaoguang Wang
• Abstract要約: 一般に、量子相転移(QPT)は熱力学の極限でのみ起こる。 我々は、中心スピンモデルが極限における正規から超ラジアント相転移を示すことを示す。 この研究は、クビットスピン系とクビットフィールド系の間の新しい接続を構築し、中心スピン系における臨界性強化量子センシングの実現を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.229913921849519
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We investigate the quantum phase transition (QPT) in the XXZ central spin model, which can be described as a spin-1/2 particle coupled to N bath spins. In general, the QPT is supposed to occur only in the thermodynamical limit. In contrast, we present that the central spin model exhibits a normal-to-superradiant phase transition in the limit where the ratio of the transition frequency of the central spin to that of the bath spins and the number of the bath spins tend to infinity. We give the low-energy effective Hamiltonian analytically in the normal phase and the superradiant phase, and we find that the longitudinal interaction can significantly influence the excitation number and the coherence of the ground state. These two quantities are remarkably enhanced for the negative longitudinal interaction while suppressed for the positive longitudinal interaction. We also use the quantum Fisher information (QFI) to characterize the QPT and illustrate a measurement scheme that can be applied in practice. This work builds a novel connection between the qubit-spin systems and the qubit-field systems, which provides a possibility for the realization of criticality-enhanced quantum sensing in central spin systems.
• Abstract（参考訳）: N浴スピンに結合したスピン-1/2粒子として記述できるXXZ中心スピンモデルにおける量子相転移(QPT)について検討する。 一般に、QPTは熱力学の極限でのみ発生する。 対照的に, 中心スピンの遷移周波数と浴スピンの遷移周波数の比と浴スピンの数が無限大となる限界において, 中心スピンモデルが通常の超ラジアント相転移を示すことを示した。 低エネルギー有効ハミルトニアンを正常相と超放射相で解析的に与え、この長手相互作用が基底状態の励起数とコヒーレンスに大きく影響することを発見した。 これらの2つの量は、正の長手相互作用を抑えながら、負の長手相互作用を著しく促進する。 また、量子フィッシャー情報(QFI)を用いてQPTを特徴づけ、実際に適用可能な測定スキームを図示する。 この研究は、クビットスピン系とクビットフィールド系の間の新しい接続を構築し、中心スピン系における臨界性強化量子センシングの実現を可能にする。

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