論文の概要: Measurement protocol for detecting correlated topological insulators in synthetic quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10163v1
- Date: Thu, 13 Nov 2025 10:18:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-18 14:36:22.490499
- Title: Measurement protocol for detecting correlated topological insulators in synthetic quantum systems
- Title（参考訳）: 合成量子系における相関型トポロジカル絶縁体の検出プロトコル
- Authors: Yixin Ma, Chao Xu, Shenghan Jiang,
- Abstract要約: 対称性保護された異常境界モードを特徴とする2次元トポロジカル絶縁体は、ボゾン系とフェルミオン系の強い相関状態に一般化されている。
本研究では, 相関 TI の2つの例に注目する: $mathbbZ$times U(1)$対称性で保護されたボソニック TI と, 時間反転対称性で保護されたフェルミオン量子スピンホール絶縁体である。
障害パラメータ $langleexp(mathrmihatQ_A)rangle に基づいて,統一的で実装が容易なプロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.131649203576665
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Two-dimensional topological insulators, characterized by symmetry-protected anomalous boundary modes, have been generalized to the strongly correlated regime for both bosonic and fermionic systems. As correlated topological insulators (TI) approach experimental realization in quantum simulators, conventional probes, such as transport measurements, are not easily applicable to these synthetic platforms. In this study, we focus on two examples of correlated TI: a bosonic TI protected by $\mathbb{Z}_2\times U(1)$ symmetry and the fermionic quantum spin Hall insulator protected by time-reversal symmetry. We propose a unified, readily implementable protocol based on measuring the disorder parameter $\langle\exp(\mathrm{i}θ\hat{Q}_A)\rangle$ for a large subregion $A$, with $\hat{Q}_A$ the total charge operator within $A$. Our key finding is that this quantity exhibits non-analytical dependence on $θ$ for correlated TI, a signature robust against decoherence. We establish this diagnostic through both numerical simulations and analytical derivations. This protocol is well-suited for implementation on near-term quantum simulation platforms, providing a direct route to experimentally confirm correlated TI.
- Abstract（参考訳）: 対称性保護された異常境界モードを特徴とする2次元トポロジカル絶縁体は、ボゾン系およびフェルミオン系の強い相関状態に一般化されている。
相関型トポロジカル絶縁体 (TI) は量子シミュレーターでの実験的な実現に近づくため、輸送測定のような従来のプローブはこれらの合成プラットフォームに容易に適用できない。
本研究では, 相関 TI の2つの例, $\mathbb{Z}_2\times U(1)$対称性で保護されたボソニック TI と, 時間反転対称性で保護されたフェルミオン量子スピンホール絶縁体に着目した。
本稿では,大規模サブリージョン$A$に対する障害パラメータ$\langle\exp(\mathrm{i}θ\hat{Q}_A)\rangle$と$A$内の総電荷演算子$\hat{Q}_A$とに基づいて,統一的で容易に実装可能なプロトコルを提案する。
我々の重要な発見は、この量は相関したTIに対して$θ$の非解析的依存を示すことであり、デコヒーレンスに対して強固である。
この診断は数値シミュレーションと解析的導出の両方を通して確立する。
このプロトコルは、短期量子シミュレーションプラットフォームの実装に適しており、相関したTIを実験的に確認するための直接的な経路を提供する。
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