論文の概要: Thermal masses and trapped-ion quantum spin models: a self-consistent approach to Yukawa-type interactions in the $λ\!φ^4$ model
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.06113v3
- Date: Wed, 3 Jul 2024 15:51:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-04 20:52:46.307021
- Title: Thermal masses and trapped-ion quantum spin models: a self-consistent approach to Yukawa-type interactions in the $λ\!φ^4$ model
- Title（参考訳）: 熱質量と捕捉イオン量子スピンモデル:$λ\!φ^4$モデルにおける湯川型相互作用への自己整合的アプローチ
- Authors: Pablo Viñas Martínez, Esperanza López, Alejandro Bermudez,
- Abstract要約: 閉じ込められたイオン系における磁気の量子シミュレーションは、スピン間の相互相互作用を仲介するために結晶振動を利用する。
これらの相互作用は、フォノンが粗粒のクライン=ゴードン場によって記述される長波長相対論的理論によって説明できる。
レーザ冷却により制御できる熱効果は、相互作用するQFTにおける熱質量の出現を通じて、この流れを明らかにすることができることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The quantum simulation of magnetism in trapped-ion systems makes use of the crystal vibrations to mediate pairwise interactions between spins, which are encoded in the internal electronic states of the ions, and measured in experiments that probe the real-time dynamics. These interactions can be accounted for by a long-wavelength relativistic theory, where the phonons are described by a coarse-grained Klein-Gordon field $\phi(x)$ locally coupled to the spins that acts as a carrier, leading to an analogue of pion-mediated Yukawa interactions. In the vicinity of a structural transition of the ion crystal, one must go beyond the Klein-Gordon fields, and include additional $\lambda\phi^4$ terms responsible for phonon-phonon scattering. This leads to quantum effects that can be expressed by Feynman loop integrals that modify the range of the Yukawa-type spin interactions; an effect that could be used to probe the underlying fixed point of this quantum field theory (QFT). Unfortunately, the rigidity of the trapped-ion crystal makes it challenging to observe genuine quantum effects, such as the flow of the critical point with the quartic coupling $\lambda$. We hereby show that thermal effects, which can be controlled by laser cooling, can unveil this flow through the appearance of thermal masses in interacting QFTs. We perform self-consistent calculations that resum certain Feynman diagrams and, additionally, go beyond mean-field theory to predict how measurements on the trapped-ion spin system can probe key properties of the $\lambda\phi^4$ QFT.
- Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオン系における磁気の量子シミュレーションは、結晶振動を利用して、イオンの内部電子状態に符号化されたスピン間の対の相互作用を仲介し、リアルタイムダイナミクスを探索する実験で測定する。
これらの相互作用は長い波長の相対論的理論によって説明され、フォノンは粗い粒度のクライン=ゴルドン場 $\phi(x)$ によってキャリアとして作用するスピンに局所的に結合され、ピオンを媒介する湯川相互作用のアナログとなる。
イオン結晶の構造転移の近傍では、Klein-Gordon場を超越し、フォノン-フォノン散乱の原因となる$\lambda\phi^4$項を含む必要がある。
これは、この量子場理論(QFT)の根底にある固定点を探索するために用いられる効果である、湯川型のスピン相互作用の範囲を変更するファインマンループ積分によって表現できる量子効果をもたらす。
残念なことに、閉じ込められたイオン結晶の剛性は、クォート結合$\lambda$の臨界点の流れのような真の量子効果の観測を困難にしている。
ここでは, レーザ冷却により制御できる熱効果が, 相互作用するQFTにおける熱質量の出現を通じて, この流れを明らかにすることができることを示す。
我々は、ある種のファインマン図形を再仮定する自己整合計算を行い、さらに平均場理論を超えて、捕捉されたイオンスピン系における測定が$\lambda\phi^4$ QFT の重要な性質をどのように探索するかを予測する。
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