論文の概要: Classically Forbidden Signatures of Quantum Coherence in the Mesoscopic Lipkin-Meshkov-Glick Model
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.18638v1
- Date: Sun, 19 Apr 2026 05:45:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.376191
- Title: Classically Forbidden Signatures of Quantum Coherence in the Mesoscopic Lipkin-Meshkov-Glick Model
- Title（参考訳）: メソスコピカルリプキン-メシュコフ-グリックモデルにおける量子コヒーレンスの古典的禁制符号
- Authors: Stavros Mouslopoulos,
- Abstract要約: N370スピンの集合量子系は、ホウ素-アインシュタイン凝縮体(BEC)において古典的に禁止された時間的相関を示す
5レベルリンドブラッドシミュレーションでは、K_3 1.32が生成され、BECターゲットでしきい値 gamma_phi 0.289 s-1 が低下する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: We derive strict quantitative conditions under which a collective quantum system of N~370 spins exhibits classically forbidden temporal correlations in a spinor Bose-Einstein condensate (BEC). The Lipkin-Meshkov-Glick (LMG) model near its Z_2-breaking quantum critical point supports a mesoscopic superposition a|P> + b|R> of two macroscopic ordered phases (|P>: m_z ~ +m_*; |R>: m_z ~ -m_*) at the Goldilocks crossover N ~ N_c, where the tunnel splitting equals k_B T and macroscopic susceptibility chi ~ N coexists with finite quantum coherence. We establish two quantum-discriminating predictions. P4 (Landau-Zener crossover, proposed discriminator): quantum tunnelling drives P_error -> 0 exponentially with quench time, while the classically non-ergodic system remains kinetically frozen at P_error -> 1 - a parametrically large, computable separation that rests on a specific kinetic foil. P5 (Leggett--Garg inequality violation, strictly model-independent): K_3 > 1 is forbidden by macrorealism for all classical models satisfying non-invasive measurability. A five-level Lindblad simulation yields K_3 ~ 1.32 and dephasing threshold gamma_phi < 0.289 s^{-1} at the BEC target (gamma_phi = 0.05 s^{-1}, N = 370, Gamma/J = 0.95) - a margin of 8.8x above the optimal measurement interval, well within current experimental reach. The threshold has a precise physical origin in the emergent collective Z_2 symmetry: exact parity eliminates the dominant dephasing cross-term and renders the LGI correlator immune to T_1 population mixing without requiring ground-state preparation (2.35x improvement over the naive mean-field estimate); constructive dynamical phase alignment of higher odd-parity states at the benchmark parameters contributes a further 2.47x. All results are reproducible from the provided self-tested Python code.
- Abstract（参考訳）: N~370スピンの集合量子系が古典的に禁止された時間相関を示す厳密な定量的条件を導出する。
量子臨界点近傍のLipkin-Meshkov-Glick (LMG) モデルは、2つのマクロ的秩序相 (|P>: m_z ~ +m_*; |R>: m_z ~ -m_*) のメソスコピック重ね合わせ (a|P> + b|R>) をゴールディロックス交叉 N ~ N_c で支持する。
量子識別予測を2つ確立する。
P4 (Landau-Zener crossover, proposed discriminator): 量子トンネル駆動 P_error -> 0 はクエンチ時間で指数関数的に駆動するが、古典的には非エルゴード系はP_error -> 1 において運動的に凍結される。
P5 (Leggett--Garg inequality violation, strictly model-independent): K_3 > 1 は非侵襲的可測性を満たすすべての古典的モデルに対してマクロリアリズムによって禁止される。
5レベルリンドブラッドシミュレーションでは、K_3 ~ 1.32 となり、BECターゲット(γ_phi = 0.05 s^{-1}, N = 370, Gamma/J = 0.95)でしきい値 gamma_phi < 0.289 s^{-1} を減じる。
この閾値は創発的集団Z_2対称性の正確な物理的起源を持つ: 正確なパリティは、支配的な減退の期間を排除し、基底状態の準備を必要とせずに、T_1集団混合に対するLGI相関体免疫を誘導する(単純平均場推定よりも2.35倍改善)。
すべての結果は、提供されている自己テスト済みのPythonコードから再現可能である。
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