論文の概要: Microsecond-Programmable Synthetic Quantum Matter: Circumventing the Adiabatic Bottleneck for Heisenberg-Limited Metrology
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.34559v1
- Date: Mon, 28 Sep 2026 08:15:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-03 12:28:18.27024
- Title: Microsecond-Programmable Synthetic Quantum Matter: Circumventing the Adiabatic Bottleneck for Heisenberg-Limited Metrology
- Title（参考訳）: マイクロ秒プログラマブルシンセティック量子物質:ハイゼンベルク限界メトロロジーのための断熱性ボツネックの循環
- Abstract要約: 単一キャビティBose-Einstein凝縮体における非断熱フロケットプロトコルを提案する。
クエンチはハイゼンベルク限定スピンスクイーズを急速に生成することを示した。
- 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: Generating macroscopic quantum entanglement is central to quantum metrology. While traversing a quantum critical point yields Heisenberg-limited precision, adiabatic schemes are restricted by slow dynamics and decoherence. Here, we propose a non-adiabatic Floquet protocol in a single-cavity Bose-Einstein condensate to circumvent these limitations. By applying rapid rotations and phase jumps, we dynamically synthesize effective Two-Axis Twisting (TAT) interactions from native longitudinal couplings. To evaluate this beyond mean-field limits, we develop an exact finite-state automaton Matrix Product Operator (MPO) encoding that strictly bounds the virtual dimension to $\mathcal{O}(1)$, enabling exact DMRG and TDVP simulations for large systems. Tracking non-equilibrium Floquet TAT dynamics and environmental decoherence for $N=10^3$ ensembles, we demonstrate that the quench rapidly generates Heisenberg-limited spin squeezing ($ξ_R^2 \sim 1/N$). The microsecond timescale of this protocol decouples the generation process from typical millisecond decoherence, with phenomenological models revealing an optimal extraction time near $t \approx 3.26~μs$. This work establishes a feasible route for realizing Heisenberg-limited metrology in current cavity-QED platforms.
- Abstract（参考訳）: マクロな量子絡み合いを生成することは量子力学の中心である。
量子臨界点を横切るとハイゼンベルクに制限された精度が得られるが、断熱スキームはスローダイナミクスとデコヒーレンスによって制限される。
本稿では,これらの制限を回避するため,単一キャビティBose-Einstein凝縮系における非断熱的なフロケットプロトコルを提案する。
動的に2軸ツイスト(TAT: Two-Axis Twisting)相互作用を自然長手結合から合成する。
これを平均場限界を超える範囲で評価するために、仮想次元を$\mathcal{O}(1)$に厳密に束縛し、大規模システムに対する正確なDMRGとTDVPシミュレーションを可能にする、正確な有限状態オートマトン行列積演算子(MPO)を開発した。
N=10^3$アンサンブルの非平衡フロケTATダイナミクスと環境デコヒーレンスを追跡することで、クエンチはハイゼンベルク限定スピンスクイーズ(英語版)を急速に生成することを示した。
このプロトコルのマイクロ秒タイムスケールは、典型的なミリ秒デコヒーレンスから生成プロセスを分離し、現象論的モデルにより、$t \approx 3.26~μs$に近い最適な抽出時間を示す。
この研究は、現在のキャビティ-QEDプラットフォームでハイゼンベルクに制限されたメロジを実現するための実現可能な経路を確立する。
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