論文の概要: Phase-Space Topology in a Single-Atom Synthetic Dimension

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.24020v1
• Date: Mon, 30 Jun 2025 16:23:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-01 21:27:54.155155
• Title: Phase-Space Topology in a Single-Atom Synthetic Dimension
• Title（参考訳）: 単原子合成次元における位相空間トポロジー
• Authors: Kyungmin Lee, Sunkyu Yu, Seungwoo Yu, Jiyong Kang, Wonhyeong Choi, Sumin Park, Taehyun Kim,
• Abstract要約: 量子ラビモデルにより記述された単一原子系の合成フォック状態格子の位相的特徴について検討する。 ハミルトニアンを対角化することにより、合成格子のドメイン壁に局在したゼロエネルギー欠陥状態を特定する。 フォック状態格子にバンド位相を適用するという課題に対処するために、位相空間幾何学に基づく位相不変量を導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.242568164939431
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We investigate topological features in the synthetic Fock-state lattice of a single-atom system described by the quantum Rabi model. By diagonalizing the Hamiltonian, we identify a zero-energy defect state localized at a domain wall of the synthetic lattice, whose spin polarization is topologically protected. To address the challenge of applying band topology to the Fock-state lattice, we introduce a topological invariant based on phase-space geometry-the phase-space winding number. We show that the Zak phase, representing the geometric phase difference between two sublattices, can also be computed using a phase-space parameter and corresponds directly to the phase-space winding number. This quantized geometric phase reflects the spin polarization of the defect state, demonstrating a bulk-boundary correspondence. The resulting phase-space topology reveals the emergence of single-atom dressed states with contrasting properties-topologically protected fermionic states and driving-tunable bosonic states. Our results establish phase-space topology as a novel framework for exploring topological physics in single-atom synthetic dimensions, uncovering quantum-unique topological protection distinct from classical analogs.
• Abstract（参考訳）: 量子ラビモデルにより記述された単一原子系の合成フォック状態格子の位相的特徴について検討する。 ハミルトニアンを対角化することにより、スピン偏極が位相的に保護される合成格子のドメイン壁に局在したゼロエネルギー欠陥状態を特定する。 フォック状態格子にバンド位相を適用するという課題に対処するために、位相空間幾何学に基づく位相不変量を導入する。 位相空間パラメータを用いて2つの格子間の幾何学的位相差を表すザック位相を計算し、位相空間の巻数と直接対応することを示す。 この量子化幾何学的位相は欠陥状態のスピン偏極を反映し、バルク境界対応を示す。 その結果、位相空間トポロジーは、トポロジー的に保護されたフェルミオン状態と駆動可能なボソニック状態の対照的な特性を持つ単一原子の服装状態の出現を示す。 その結果,相空間トポロジーは単一原子の合成次元におけるトポロジ物理学を探求するための新しい枠組みとして確立され,古典的アナログとは異なる量子一様トポロジ保護が発見された。

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