論文の概要: Superfluidity in the spin-1/2 XY model with power-law interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.20058v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 21:08:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-29 15:46:06.662894
• Title: Superfluidity in the spin-1/2 XY model with power-law interactions
• Title（参考訳）: パワー-ロー相互作用を持つスピン-1/2XYモデルにおける超流動性
• Authors: Muhammad Shaeer Moeed, Costanza Pennaforti, Adrian Del Maestro, Roger G. Melko,
• Abstract要約: 閉じ込められたイオン量子シミュレータでは、効率的なスピン-1/2 XY相互作用はレーザー誘起カップリングによって設計することができる。 我々は,1d$ XYモデルにおける従来の超流動性が,長距離相互作用機構においていかに拡張されているかを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In trapped-ion quantum simulators, effective spin-1/2 XY interactions can be engineered via laser-induced coupling between internal atomic states and collective phonon modes. In the simplest one-dimensional ($1d$) traps, these interactions decay as a power-law with distance $1/r^α$, with a tunable exponent $α$. For small $α$, the resulting long-range $1d$ XY model exhibits continuous symmetry breaking, in marked contrast to its nearest neighbor counterpart. In this paper, we examine this model near the phase transition at $α_c$ from the lens of the spin stiffness, or superfluid density. We develop a stochastic series expansion (SSE) quantum Monte Carlo (QMC) simulation and a generalized winding number estimator to measure the superfluid density in the presence of power-law interactions, which we test against exact diagonalization for small lattice sizes. Our results show how conventional superfluidity in the $1d$ XY model is enhanced in the long-range interacting regime. This is observed as a diverging superfluid density as $α\rightarrow 0$ in the thermodynamic limit, which we show is consistent with linear spin-wave theory. Finally, we define a normalized superfluid density estimator that clearly distinguishes the short, medium, and long-range interacting regimes, providing a novel QMC probe of the critical value $α_c$.
• Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオン量子シミュレータでは、効果的なスピン-1/2XY相互作用は内部原子状態と集合フォノンモードの間のレーザー誘起結合によって実現できる。 最も単純な1次元の(1d$)トラップでは、これらの相互作用は距離が1/r^α$のパワーローとして崩壊し、調整可能な指数が$α$である。 小さい$α$の場合、結果として生じる1d$ XYの長距離モデルは、隣り合うものとは対照的に連続対称性の破れを示す。 本稿では, スピン剛性のレンズ, あるいは超流動密度から, α_c$の相転移付近のモデルについて検討する。 我々は, 量子モンテカルロ (QMC) シミュレーションと一般化された巻数推定器を開発し, 小格子径の正確な対角化を検証した。 以上の結果から,1d$XYモデルにおける従来の超流動性が長距離相互作用機構においてどのように拡張されているかが示唆された。 これは熱力学の極限において$α\rightarrow 0$として変化する超流動密度として観察され、線形スピン波理論と一致する。 最後に, 臨界値$α_c$の新しいQMCプローブを提供することにより, 短距離, 中距離, 長距離の相互作用状態を明確に区別する正規化超流動密度推定器を定義する。

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