論文の概要: Investigating Lipkin-Meshkov-Glick Model and Criticality-Enhanced Metrology in a Coherent Ising Machine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.13882v1
• Date: Sat, 14 Mar 2026 10:35:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 16:19:35.466372
• Title: Investigating Lipkin-Meshkov-Glick Model and Criticality-Enhanced Metrology in a Coherent Ising Machine
• Title（参考訳）: コヒーレントイジングマシンにおけるリプキン・メシュコフ・グリックモデルと臨界拡大メトロロジーの検討
• Authors: Shuang-Quan Ma, Jing-Yi-Ran Jin, Chen-Rui Fan, Chuan Wang, Qing Ai,
• Abstract要約: コヒーレントイジングマシン(CIM)を用いたLipkin-Meshkov-Glickモデル(LMG)のシミュレーション手法を提案する。 本研究では,LMGモデルのスピン変数をDOPOパルスの位相にマッピングし,全結合によりスピン-スピン相互作用を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.065490837113697
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum criticality has received extensive attention due to its ability to significantly enhance quantum sensing. But its realization and control in many-body quantum systems remain challenging. We present an effective scheme to simulate the Lipkin-Meshkov-Glick (LMG) model using a coherent Ising machine (CIM) composed of a network of degenerate optical parametric oscillators (DOPO). In our work, the spin variables of the LMG model are mapped onto the phases of DOPO pulses, and the spin-spin interactions are realized by all-to-all couplings among them. Through our investigation of the critical behavior in the antiferromagnetically coupled LMG model in the thermodynamic limit, i.e., $N\rightarrow\infty$, and its application in quantum sensing near the critical point, we verify that the CIM does not only effectively capture the second-order quantum phase transition (QPT) at the critical point but also reconstructs its complete phase diagram under ferromagnetic coupling. Furthermore, we demonstrate how the critical dynamics of this simulation platform can be utilized for quantum-enhanced metrology, achieving a measurement precision that diverges near the critical point of the LMG model. These results highlight the capability of the CIM as a flexible experimental platform for investigating the QPT in the fundamental quantum magnetic models, providing valuable insights into quantum simulation and critical phenomena.
• Abstract（参考訳）: 量子臨界は、量子センシングを著しく強化する能力のために、広く注目を集めている。 しかし、多体量子システムにおける実現と制御は依然として困難である。 本稿では,光パラメトリック発振器(DOPO)のネットワークで構成されたコヒーレントIsing Machine(CIM)を用いて,Lipkin-Meshkov-Glick(LMG)モデルをシミュレートする有効な手法を提案する。 本研究では, LMGモデルのスピン変数をDOPOパルスの位相にマッピングし, スピン-スピン相互作用を全対結合で実現した。 熱力学的極限における反強磁性結合 LMG モデルにおける臨界挙動、すなわち$N\rightarrow\infty$ とその臨界点近傍の量子センシングへの応用の研究を通じて、CIM は臨界点における二階量子相転移 (QPT) を効果的に捕捉するだけでなく、強磁性結合の下で完全な位相図を再構築する。 さらに,LMGモデルの臨界点付近で拡散する測定精度を達成し,このシミュレーションプラットフォームの臨界ダイナミクスを量子化メトロジーに活用する方法を実証する。 これらの結果は、基本量子磁気モデルにおけるQPTを調査するための柔軟な実験プラットフォームとしてのCIMの能力を強調し、量子シミュレーションと臨界現象に関する貴重な洞察を提供する。

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