論文の概要: Quantum Spin Puddles and Lakes: NISQ-Era Spin Liquids from
Non-Equilibrium Dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.01381v1
- Date: Wed, 2 Nov 2022 18:00:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-20 16:39:59.402579
- Title: Quantum Spin Puddles and Lakes: NISQ-Era Spin Liquids from
Non-Equilibrium Dynamics
- Title（参考訳）: 量子スピンパドルと湖:非平衡ダイナミクスからのNISQ-Eraスピン液体
- Authors: Rahul Sahay, Ashvin Vishwanath, Ruben Verresen
- Abstract要約: 簡単なパラメータスイープが、制約された空間に初期積状態の族を動的に投影する方法を示す。
本研究では, 有限領域のスピン液体を効率的に調製できることを解析的, 数値的に示す。
我々の研究は、非平衡物理学の研究において新たな道を開く。
- 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: While many-body systems can host long-ranged entangled quantum spin liquids
(QSLs), the ingredients for realizing these as ground states can be
prohibitively difficult. In many circumstances, one requires (i) a constrained
Hilbert space and (ii) an extensive quantum superposition. The paradigmatic
example is the toric code, or $\mathbb{Z}_2$ spin liquid, which is a
superposition of closed loop states. We show how non-equilibrium Hamiltonian
dynamics can provide a streamlined route toward creating such QSLs. Rather than
cooling into the ground state of a Hamiltonian, we show how a simple parameter
sweep can dynamically project a family of initial product states into the
constrained space, giving rise to a QSL. For the toric code, this is achieved
in systems with a separation in energy scales between the $e$- and $m$-anyons,
where one can sweep in a way that is adiabatic (sudden) with respect to the
former (latter). Although this separation of scales does not extend to the
thermodynamic limit, we analytically and numerically show that this method
efficiently prepares a spin liquid in finite-sized regions, which we brand
``quantum spin lakes.'' This mechanism elucidates recent experimental and
numerical observations of the dynamical state preparation of the ruby lattice
spin liquid in Rydberg atom arrays. In fact, the slow dynamics of $m$-anyons
suggest that we can capture spin lake preparation by simulating the dynamics on
tree lattices, which we confirm with tensor network simulations. Finally, we
use this mechanism to propose new experiments, e.g., for preparing a
finite-sized $U(1)$ spin liquid as a honeycomb Rokhsar-Kivelson dimer model
using Rydberg atoms -- which is remarkable given its equilibrium counterpart is
unstable in $2 + 1$D. Our work opens up a new avenue in the study of
non-equilibrium physics, as well as the exploration of exotic states of finite
extent in NISQ devices.
- Abstract（参考訳）: 多体系では長距離の量子スピン液体(QSL)をホストすることができるが、これらを基底状態として実現するための材料は違法に困難である。
必要な場合が多い。
i) 制約されたヒルベルト空間と
(ii)広範囲な量子重ね合わせ。
パラダイム的な例は、閉ループ状態の重ね合わせである toric code または $\mathbb{z}_2$ spin liquid である。
非平衡ハミルトニアン力学がこのようなQSLを生成するための流線型経路をいかに提供できるかを示す。
ハミルトンの基底状態への冷却ではなく、単純なパラメータスイープが初期積状態の族を制約された空間に動的に投影し、qslを生成する方法を示す。
トーリック符号では、これはe$- と $m$-anyons の間でエネルギースケールが分離されたシステムにおいて達成され、前者(latter)に対して断熱的(sudden)な方法でスイープすることができる。
このスケールの分離は熱力学の限界まで拡張しないが、解析的および数値的に、この方法は有限サイズの領域でスピン液体を効率的に調製し、「量子スピン湖」とブランドすることを示す。
この機構は、リドベルク原子配列中のルビー格子スピン液体の動的状態形成に関する最近の実験的および数値的研究を解明する。
実際、$m$-anyonsの遅いダイナミクスは、木格子上のダイナミクスをシミュレートすることでスピン湖の準備を捉えることができることを示唆しており、テンソルネットワークシミュレーションで確認する。
最後に、この機構を用いて、例えば、リドベルグ原子を用いたハニカム・ロクサール-キヴェルソン二量体モデルとして有限サイズのu(1)$スピン液体を作成する新しい実験を提案した。
我々の研究は、非平衡物理学の研究における新たな道を開くとともに、NISQデバイスにおける有限範囲のエキゾチックな状態の探索も行う。
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