論文の概要: Quantum theory of fractional topological pumping of lattice solitons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.00090v1
• Date: Fri, 30 May 2025 08:21:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 01:42:09.149367
• Title: Quantum theory of fractional topological pumping of lattice solitons
• Title（参考訳）: 格子ソリトンにおける分数的トポロジカルポンピングの量子理論
• Authors: Julius Bohm, Hugo Gerlitz, Christina Jörg, Michael Fleischhauer,
• Abstract要約: 格子ソリトンのトポロジカルポンプの完全な量子記述を示す。 我々は、質量の中心のバンド構造によって決定される位相不変量、多体チャーン数を同定する。
• 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: One of the hallmarks of topological quantum systems is the robust quantization of particle transport, which is the origin of the integer-valued Quantum Hall conductivity. In the presence of interactions the topological transport can also become fractional. Recent experiments on topological pumps constructed by arrays of photonic waveguides have demonstrated both integer and fractional transport of lattice solitons. Here a background medium mediates interactions between photons via a Kerr nonlinearity and leads to the formation of self-bound composites, called lattice solitons. Upon increasing the interaction strength of these solitons a sequence of transitions was observed from a phase with integer transport in a pump cycle through different phases of fractional transport to a phase with no transport. We here present a full quantum description of topological pumps of solitons. This approach allows us to identify a topological invariant, a many-body Chern number, determined by the band structure of the center-of-mass (COM) momentum of the solitons, which fully governs their transport. Increasing the interaction leads to a successive merging of COM bands which explains the observed sequence of topological phase transitions and also the potential for a breakdown of topological quantization for intermediate interaction strength
• Abstract（参考訳）: トポロジカル量子系の目印の1つは、整数値の量子ホール導電性の起源である粒子輸送の堅牢な量子化である。 相互作用の存在下では、トポロジカル輸送も分断されることがある。 フォトニック導波路アレイによるトポロジカルポンプの最近の実験は、格子ソリトンの整数輸送と分数輸送の両方を実証している。 ここで、背景媒体はカーの非線形性を介して光子間の相互作用を媒介し、格子ソリトンと呼ばれる自己結合複合体を形成する。 これらのソリトン間の相互作用強度を増大させると、ポンプサイクルにおける整数輸送を伴う相からの遷移が、輸送のない相への分数輸送の異なる相を通して観測された。 ここではソリトンのトポロジカルポンプの完全な量子記述を示す。 このアプローチにより、ソリトンの中心質量運動量(COM)のバンド構造によって決定されるトポロジカル不変量である多体チャーン数を同定し、その輸送を完全に支配することができる。 相互作用の増加は、観測されたトポロジカル相転移のシーケンスと中間相互作用強度のトポロジカル量子化の分解の可能性を説明するCOMバンドの連続的な融合につながる。

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