論文の概要: Nonreciprocal Synchronization of Active Quantum Spins

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.03357v2
• Date: Tue, 03 Dec 2024 07:47:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-04 21:11:20.732606
• Title: Nonreciprocal Synchronization of Active Quantum Spins
• Title（参考訳）: 活性量子スピンの非相互同期
• Authors: Tobias Nadolny, Christoph Bruder, Matteo Brunelli,
• Abstract要約: 対角的非相反的な方法で相互作用する2種類の量子スピンのモデルを示す。 非相互相互作用は時間-結晶性進行波状態への非相互相転移をもたらすことを示す。 我々の研究は、活性量子物質における非相互相互作用を探求する基礎を築いた。
• 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: Active agents are capable of exerting nonreciprocal forces upon one another. For instance, one agent, say $A$, may attract another agent $B$ while $B$ repels $A$. These antagonistic nonreciprocal interactions have been extensively studied in classical systems, revealing a wealth of exciting phenomena such as novel phase transitions and traveling-wave states. Whether these phenomena can originate in quantum many-body systems is an open issue, and proposals for their realization are lacking. In this work, we present a model of two species of quantum spins that interact in an antagonistic nonreciprocal way of the attraction-repulsion type. We propose an implementation based on two atomic ensembles coupled via chiral waveguides featuring both braided and non-braided geometries. The spins are active due to the presence of local gain, which allows them to synchronize. In the thermodynamic limit, we show that nonreciprocal interactions result in a nonreciprocal phase transition to time-crystalline traveling-wave states, associated with spontaneous breaking of parity-time symmetry. We establish how this symmetry emerges from the microscopic quantum model. For a finite number of spins, signatures of the time-crystal phase can still be identified by inspecting equal-time or two-time correlation functions. Remarkably, continuous monitoring of the output field of the waveguides induces a quantum traveling-wave state: a time-crystalline state of a finite-size quantum system, in which parity-time symmetry is spontaneously broken. Our work lays the foundation to explore nonreciprocal interactions in active quantum matter.
• Abstract（参考訳）: アクティブエージェントは互いに非相互的な力を行使することができる。 例えば、あるエージェント、例えば$A$は別のエージェント$B$を引き付け、$B$は$A$を返します。 これらの対角的な非相互相互作用は古典的なシステムで広く研究され、新しい相転移や進行波状態のような多くのエキサイティングな現象が明らかになった。 これらの現象が量子多体系から生じるかどうかは未解決の問題であり、その実現への提案は欠落している。 本研究では、アトラクション・反発型の対角的非相互的方法で相互作用する2種類の量子スピンのモデルを示す。 本研究では,2つの原子アンサンブルを組み合わされたカイラル導波路による実装を提案する。 スピンは局所的な利得の存在によって活性化され、同期することができる。 熱力学的限界において、非相互相互作用は、パリティ時間対称性の自発的な破れに関連する、時間結晶の進行波状態への非相互相転移をもたらすことを示す。 我々は、この対称性が微視的な量子モデルからどのように現れるかを確立する。 有限個のスピンに対して、時間-結晶相のシグネチャは、等時あるいは二時間相関関数を検査することによっても特定できる。 注目すべきことに、導波路の出力場の連続的なモニタリングは、パリティ時間対称性が自発的に破られる有限サイズの量子系の時間結晶状態である量子進行波状態(英語版)を誘導する。 我々の研究は、活性量子物質における非相互相互作用を探求する基礎を築いた。

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