論文の概要: Quantum Metamorphosis: Programmable Emergence and the Breakdown of Bulk-Edge Dichotomy in Multiscale Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.13831v1
- Date: Mon, 17 Nov 2025 19:00:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-19 16:23:52.750364
- Title: Quantum Metamorphosis: Programmable Emergence and the Breakdown of Bulk-Edge Dichotomy in Multiscale Systems
- Title（参考訳）: 量子変態 : プログラム可能な創発とマルチスケールシステムにおけるバルクエッジ切断の破壊
- Authors: Mahmoud Jalali Mehrabad, Alireza Parhizkar, Lida Xu, Gregory Moille, Avik Dutt, Dirk Englund, Kartik Srinivasan, Daniel Leykam, Mohammad Hafezi,
- Abstract要約: 量子変態(QuMorph)をホストできる階層的なネスト格子のためのスケールプログラミング可能なフレームワークを提案する。
QuMorphは、無次元の調整可能なパラメータ$$で制御されるシステム依存機能間の継続的な進化である。
この多スケール混合は、ハイブリッドエッジバルク状態、スケール依存トポロジー、トポロジー埋め込みフラットバンド、孤立エッジバンドを含む新しい現象をもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12189422792863448
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Multiscale synergy -- the interplay of a system's distinct characteristic length, time, and energy scales -- is becoming a unifying thread across many contemporary branches of science. Ranging from moiré and super-moiré materials and cold atoms to DNA-templated superlattices and nested photonic networks, multiscale synergy produces behaviors not obtainable at any single scale alone. Yet a general framework that programs cross-scale interplay to steer spectra, transport, and topology has been missing. Here, we elevate multiscale synergy from a byproduct to a general design principle for emergent phenomena. Specifically, we introduce a scale-programmable framework for hierarchically nested lattices (HNLs) that can host quantum metamorphosis (QuMorph) -- a continuous evolution between system-dependent features governed by a dimensionless tunable parameter $α$ (the relative hopping). To exemplify, we show an HNL, in which as $α$ changes, the spectrum metamorphoses from integer quantum Hall-like to anomalous quantum Hall-like, passing through a cocoon regime with proliferating mini-gaps. This multiscale mixing yields multiple novel phenomena, including hybrid edge-bulk states, scale-dependent topology, topologically embedded flat bands, and isolated edge bands. We propose a feasible photonic implementation using commercially available coupled-resonator arrays, outline spatial-spectral signatures to map QuMorph, and explore applications for multi-timescale nonlinear optics. Our work establishes a scalable and programmable paradigm for engineering multiscale emergent phenomena.
- Abstract（参考訳）: システム特有の長さ、時間、エネルギースケールの相互作用であるマルチスケールのシナジーは、現代の科学の多くの分野にまたがる統一スレッドになりつつある。
モアレや超モアレの材料や冷たい原子からDNA測定された超格子やネストしたフォトニックネットワークまで、マルチスケールのシナジーは単一のスケールでしか得られない振る舞いを生み出している。
しかし、スペクトル、輸送、トポロジといったクロススケールな相互作用をプログラムする一般的なフレームワークが欠落している。
ここでは, 副産物から創発現象の一般設計原理へ, マルチスケールのシナジーを高める。
具体的には、量子変態(QuMorph)をホストできる階層ネスト格子(HNL)のスケールプログラミング可能なフレームワークを導入する。
例示するために、HNLは、$α$の変化として、スペクトル変態が整数量子ホール様から異常量子ホール様へと変化し、拡大するミニギャップを持つコクオン系を通過することを示す。
このマルチスケール混合は、ハイブリッドエッジバルク状態、スケール依存トポロジー、トポロジー埋め込みフラットバンド、孤立エッジバンドを含む複数の新しい現象をもたらす。
本稿では,有償結合共振器アレイを用いた実現可能なフォトニック実装を提案し,QuMorphの空間スペクトルシグネチャを概説し,マルチスケール非線形光学への応用を探る。
我々の研究は、多スケール創発現象をエンジニアリングするためのスケーラブルでプログラム可能なパラダイムを確立します。
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