論文の概要: Coherence, Transport, and Chaos in 1D Bose-Hubbard Model: Disorder vs. Stark Potential

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.19071v1
• Date: Sun, 25 May 2025 10:08:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-27 16:58:42.882823
• Title: Coherence, Transport, and Chaos in 1D Bose-Hubbard Model: Disorder vs. Stark Potential
• Title（参考訳）: 1次元ボース・ハバードモデルにおけるコヒーレンス・トランスポート・カオス:障害とスターク電位
• Authors: Asad Ali, M. I. Hussain, Saif Al-Kuwari, M. T. Rahim, H. Kuniyil, Seyed Mohammad Hosseiny, Jamileh Seyed-Yazdi, Hamid Arian Zad, Saeed Haddadi,
• Abstract要約: 有限次元Bose-Hubbardモデルにおける量子コヒーレンスと相転移について検討する。 我々は、凝縮分数、超流動分数、可視性、数ゆらぎ、および$ell_$-norm of quantum coherenceを含むいくつかの観測可能量を計算する。 この結果から,コヒーレンス景観を乱れ,傾き,温度が共生する様子が明らかになった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5224038339798622
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We study quantum coherence and phase transitions in a finite-size one-dimensional Bose-Hubbard model using exact numerical diagonalization. The system is investigated under the competing effects of thermal fluctuations, a Stark potential, and a disorder term. We compute several observables, including the condensate fraction, superfluid fraction, visibility, number fluctuations, and the $\ell_1$-norm of quantum coherence, to characterize the transition from the Mott insulator to the superfluid phase. In the standard Bose-Hubbard model, ground-state properties exhibit signatures of a quantum phase transition under open boundary conditions. While finite-size effects preclude an exact realization of the thermodynamic transition, our findings serve as indicators of the underlying quantum critical behavior of the disordered Bose-Hubbard model. At finite temperatures, this critical point shifts to a smooth crossover, reflecting the suppression of long-range coherence typical of larger systems. A nonzero Stark potential delays this crossover, promoting localization and the formation of non-superfluid condensates. In contrast, thermal fluctuations can induce unexpected coherence through fluctuation-driven tunneling. Disorder disrupts superfluidity but preserves local coherence, with thermal states exhibiting an enhanced $\ell_1$-norm of coherence within the Bose glass regime. Our results highlight how disorder, tilt, and temperature jointly reshape the coherence landscape, and offer valuable insights for quantum simulation and the characterization of quantum phases in strongly correlated systems. Non-ergodic behavior is observed in the clean system where the mean gap ratio stays below Poisson and Gaussian orthogonal ensemble (GOE) values. With a Stark potential, level statistics shift from Poisson-like to near-GOE as tunneling increases, which indicates a crossover to semi-ergodic dynamics.
• Abstract（参考訳）: 有限次元Bose-Hubbardモデルにおける量子コヒーレンスと相転移について,正確な数値対角化法を用いて検討する。 このシステムは、熱ゆらぎ、スタークポテンシャル、障害項の競合効果で研究される。 我々は, 凝縮分数, 超流動分数, 可視性, 数ゆらぎ, 量子コヒーレンスの$\ell_1$-ノルムなど, いくつかの観測変数を計算し, モット絶縁体から超流動相への遷移を特徴づける。 標準的なボース・ハッバードモデルでは、基底状態特性は開境界条件下での量子相転移のシグネチャを示す。 有限サイズ効果は熱力学的遷移の正確な実現を妨げるが、この発見は不安定なボース・ハバードモデルの量子臨界挙動の指標となる。 有限温度では、この臨界点は滑らかな交叉に移行し、より大きな系に典型的な長距離コヒーレンスの抑制を反映している。 非ゼロのスタークポテンシャルはこの交差を遅らせ、非超流体凝縮体の形成と局在を促進する。 対照的に、熱ゆらぎは揺らぎ駆動トンネルによって予期せぬコヒーレンスを引き起こす。 障害は超流動性を阻害するが、局所的なコヒーレンスを保ち、熱状態はボースガラス内部のコヒーレンスに$\ell_1$-normの上昇を示す。 以上の結果から,コヒーレンスランドスケープの乱れ,傾き,温度が共生し,量子シミュレーションや強い相関系における量子相のキャラクタリゼーションに有意義な洞察を与えることができた。 非エルゴード的挙動は、平均ギャップ比がポアソンとガウス直交アンサンブル(GOE)値以下であるクリーンシステムで観察される。 スタークポテンシャルにより、準エルゴード力学へのクロスオーバーを示すトンネルが増加するにつれて、レベル統計はポアソン様から近GOEにシフトする。

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