論文の概要: Flux noise in disordered spin systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.10033v3
• Date: Fri, 14 Oct 2022 20:20:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-04 07:59:25.812269
• Title: Flux noise in disordered spin systems
• Title（参考訳）: 乱れたスピン系におけるフラックスノイズ
• Authors: Jos\'e Alberto Nava Aquino and Rog\'erio de Sousa
• Abstract要約: 超伝導線の表面や界面にランダムに分布する不純物スピンはフラックスノイズを引き起こすことが知られている。 量子状態における一般的なスピン散逸とフラックスノイズを記述するための中間的「第二原理」法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Impurity spins randomly distributed at the surfaces and interfaces of superconducting wires are known to cause flux noise in Superconducting Quantum Interference Devices, providing a mechanism for decoherence in superconducting qubits. While flux noise is well characterised experimentally, the microscopic model underlying spin dynamics remains unknown. First-principles theories are too computationally expensive to capture spin diffusion over large length scales, third-principles approaches lump spin dynamics into a single phenomenological spin-diffusion operator that is not able to describe the quantum noise regime and connect to microscopic models and disorder scenarios. Here we propose an intermediate "second principles" method to describe general spin dissipation and flux noise in the quantum regime. It leads to the interpretation that flux noise arises from the density of paramagnon excitations at the edge of the wire, with paramagnon-paramagnon interactions leading to spin diffusion, and interactions between paramagnons and other degrees of freedom leading to spin energy relaxation. At high frequency we obtain an upper bound for flux noise, showing that the (super)Ohmic noise observed in experiments does not originate from interacting spin impurities. We apply the method to Heisenberg models in two dimensional square lattices with random distribution of vacancies and nearest-neighbour spins coupled by constant exchange. Numerical calculations of flux noise show that it follows the observed power law $A/\omega^{\alpha}$, with amplitude $A$ and exponent $\alpha$ depending on temperature and inhomogeneities. These results are compared to experiments in niobium and aluminium devices. The method establishes a connection between flux noise experiments and microscopic Hamiltonians identifying relevant microscopic mechanisms and guiding strategies for reducing flux noise.
• Abstract（参考訳）: 不純物スピンは超伝導ワイヤの表面にランダムに分布し、超伝導量子干渉デバイスにおいて磁束ノイズを引き起こすことが知られており、超伝導量子ビットにおけるデコヒーレンス機構を提供する。 フラックスノイズは実験的によく特徴付けられるが、スピンダイナミクスの基礎となる微視的モデルはまだ不明である。 第一原理理論は、大きなスケールでスピン拡散を捉えるには計算コストがかかりすぎるため、第三原理理論はスピンダイナミクスを単一の現象論的スピン拡散作用素にまとめ、量子ノイズレジームを記述できず、微視的モデルや障害シナリオと接続する。 本稿では,量子構造における一般スピン散逸とフラックスノイズを記述するための中間的"第二原理"法を提案する。 フラックスノイズは、ワイヤの端におけるパラマグノン励起の密度から発生し、パラマグノン-パラマグノン相互作用がスピン拡散を引き起こし、パラマグノンと他の自由度の間の相互作用がスピンエネルギー緩和につながるという解釈につながる。 高周波ではフラックスノイズの上限が得られ、実験で観測された(超)オーミックノイズは相互作用するスピン不純物に由来するものではない。 定常交換により結合された空孔と最近傍スピンのランダム分布を持つ2次元正方格子のハイゼンベルクモデルに適用する。 フラックスノイズの数値計算は、観測されたパワー法則 $a/\omega^{\alpha}$ に従っており、振幅 $a$ と指数 $\alpha$ は温度と不均一性に依存する。 これらの結果はニオブとアルミニウムの実験と比較される。 本手法は,フラックスノイズ実験と微視的ハミルトニアンとの関係を確立し,フラックスノイズ低減のための微視的メカニズムを同定する。

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