論文の概要: Control of single spin-flips in a Rydberg atomic fractal
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.03514v1
- Date: Wed, 03 Sep 2025 17:54:47 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-04 21:40:46.619603
- Title: Control of single spin-flips in a Rydberg atomic fractal
- Title（参考訳）: Rydberg原子フラクタルにおける単一スピンフリップの制御
- Authors: Robin C. Verstraten, Ivo H. A. Knottnerus, Yu Chih Tseng, Alexander Urech, Tiago Santiago do Espirito Santo, Vinicius Zampronio, Florian Schreck, Robert J. C. Spreeuw, Cristiane Morais Smith,
- Abstract要約: 光ツイーザーによって閉じ込められたライドバーグ原子は、異なる幾何学で格子をエミュレートする汎用的なプラットフォームとして出現している。
我々は、格子がハウスドルフ次元 1.58 のフラクタル幾何学を持つとき、さらなるサプライズが現れることを示した。
その結果、Rydberg原子の量子情報処理の可能性を広げ、量子技術に深く影響する可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.458406135473805
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Rydberg atoms trapped by optical tweezers have emerged as a versatile platform to emulate lattices with different geometries, in which long-range interacting spins lead to fascinating phenomena, ranging from spin liquids to topological states of matter. Here, we show that when the lattice has a fractal geometry with Hausdorff dimension 1.58, additional surprises appear. The system is described by a transverse-field Ising model with long-range van der Waals interactions in a Sierpi\`nski gasket fractal. We investigate the problem theoretically using exact diagonalization, variational mean field, quantum Monte Carlo, and a graph-based numerical technique, SIM-GRAPH, which we developed. We find that in the quantum regime, the phase diagram exhibits phases in which the spins flip one-by-one. The theoretical results are in excellent agreement with experiments performed with single 88Sr atoms trapped by optical tweezers arranged in a fractal geometry. The magnetization and von Neumann entanglement entropy reveal several regimes in which single spin-flips are delocalized over many sites of one sublattice, thus allowing for an unprecedented control of a cascade of phase transitions in a manybody system. These results expand the possibilities of Rydberg atoms for quantum information processing and may have profound implications in quantum technology.
- Abstract（参考訳）: 光学的ツイーザーによって閉じ込められたライドバーグ原子は、長距離相互作用するスピンがスピン液体から物質のトポロジカル状態まで、驚くべき現象を引き起こすような、異なる幾何学で格子をエミュレートする汎用的なプラットフォームとして登場した。
ここでは、格子がハウスドルフ次元 1.58 のフラクタル幾何学を持つとき、さらなるサプライズが現れることを示す。
このシステムは、Sierpi\`nskiガスケットフラクタルにおける長距離ファンデルワールス相互作用を持つ横場イジングモデルによって記述される。
本研究では, 正確な対角化, 変分平均場, 量子モンテカルロ, グラフに基づく数値手法SIM-GRAPHを用いて理論的に検討した。
量子状態において、位相図はスピンが1つずつ反転する位相を示す。
理論的結果は、フラクタル幾何学に配置された光学的ツイーザーによって閉じ込められた単一の88Sr原子による実験とよく一致している。
磁化とフォン・ノイマン絡み合いエントロピーは、単一のスピンフリップが1つの部分格子の多くの部位で非局在化されるいくつかの状態を示し、これにより、多体系の相転移のカスケードを前例のない制御が可能となる。
これらの結果は、Rydberg原子の量子情報処理の可能性を広げ、量子技術に深く影響する可能性がある。
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