論文の概要: Three-Axis Spin Squeezed States Associated with Excited-State Quantum Phase Transitions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24472v1
- Date: Tue, 30 Dec 2025 21:36:32 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.495489
- Title: Three-Axis Spin Squeezed States Associated with Excited-State Quantum Phase Transitions
- Title（参考訳）: 励起状態量子相転移を伴う3軸スピンスクイーズ状態
- Authors: Chon-Fai Kam,
- Abstract要約: 異方性リプキン-メシュコフ-グリックモデルにおける3軸スピン圧縮状態のクラスを導入する。
得られた状態の構造と気象特性を解析する。
これらの結果はスピンスクイーズ、量子臨界、ローター類似を統一し、Rydberg配列や空洞QEDプラットフォームの実装を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Spin squeezing in collective atomic ensembles enables quantum-enhanced metrology by reducing noise below the standard quantum limit through nonlinear interactions. Extending the one-axis and two-axis twisting paradigms of Kitagawa and Ueda, we introduce a general class of three-axis spin squeezed states within the anisotropic Lipkin-Meshkov-Glick model. The model features direction-dependent quadratic couplings that interpolate between uniaxial and biaxial regimes and can be interpreted as an asymmetric quantum rotor. Using semiclassical dynamics, Majorana representations, and Husimi-Q distributions, we analyze the structure and metrological properties of the resulting states. The three-axis framework reproduces the known N^(-2/3) scaling of one-axis twisting and the Heisenberg-limited N^(-1) scaling of two-axis twisting, while allowing additional tunability and enhanced entanglement generation in low-spin systems. We further show that tuning the anisotropy parameters induces ground-state and excited-state quantum phase transitions, including a second-order transition associated with level clustering and critical dynamics. These results unify spin squeezing, quantum criticality, and rotor analogies, and suggest implementations in Rydberg arrays and cavity-QED platforms for precision sensing and quantum simulation.
- Abstract（参考訳）: 集合原子アンサンブルにおけるスピンスクイーズは、非線形相互作用を通じて標準量子限界以下のノイズを減らし、量子化メロロジーを可能にする。
北川と上田の1軸および2軸のねじれパラダイムを拡張して、異方性リプキン-メシュコフ-グリックモデル内に3軸スピン圧縮状態の一般クラスを導入する。
このモデルは、一軸状態と二軸状態の間に交差する方向依存の二次結合を特徴とし、非対称量子ローターとして解釈できる。
半古典力学、マヨラナ表現、フシミ-Q分布を用いて、得られた状態の構造と気象特性を解析する。
この3軸フレームワークは、1軸ツイストの既知のN^(-2/3)スケーリングと2軸ツイストのハイゼンベルク制限N^(-1)スケーリングを再現すると同時に、低スピン系におけるさらなるチューニング性とエンタングルメント生成を可能にする。
さらに、異方性パラメータのチューニングは、レベルクラスタリングや臨界ダイナミクスに関連する2次遷移を含む基底状態と励起状態の量子相転移を誘導することを示した。
これらの結果はスピンスクイーズ、量子臨界度、ローター類似を統一し、精密センシングと量子シミュレーションのためのRydberg配列とキャビティQEDプラットフォームの実装を提案する。
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