[論文レビュー] Signatures of discrete time-crystallinity in transport through quantum dot arrays

Subhajit Sarkar, Yonatan Dubi|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2021

Quantum and electron transport phenomena参考文献 43被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、電極に結合された周期的駆動量子ドット配列が、安定的および準安定的離散時間結晶的および準結晶的相を有し得ることを提案している。時間結晶性は、輸送測定における測定可能なスピン電流によって検出可能である。これらの知見は、現在の量子ドット技術を用いて実験的に達成可能であり、環境が時間結晶的秩序を破壊するとされる見解に挑戦する。

ABSTRACT

Discrete time-crystals are periodically driven quantum many-body systems with broken discrete-time translational symmetry. Measurements of time-crystallinity are currently limited to optical experiments due to the conception that the presence of an environment destroys the time-crystal behavior. We demonstrate that a periodically driven quantum dot array attached to electrodes exhibits both stable and meta-stable discrete time-crystal and quasi-crystal behaviors. These behaviors are manifested in spin-current measurable in transport set-up. The present-day availability of quantum dot arrays with electrically controllable sites makes our findings experimentally verifiable.

研究の動機と目的

• 開かれた駆動系における量子ドット配列が電極に結合されている場合でも、離散的時間結晶的秩序が存続可能であることを示すこと。これは、環境がこのような相を破壊するとされる一般的な信念に反する。
• 特に輸送設定におけるスピン電流測定を通じて、量子ドット系における時間結晶性の実験的に達成可能なシグネイチャを特定すること。
• 現実的なオープン系条件下における、駆動された多体量子ドット配列における時間結晶的および準結晶的挙動の安定性と出現を調査すること。
• 時間結晶性の理論的予測と、電気的にチューナブルな量子ドット配列における現在の実験的技術の間の橋渡しをすること。

提案手法

• 時間周期的駆動を伴う多体ハミルトニアンを用いて、電極に結合された量子ドット配列のモデル化。
• 非平衡グリーン関数技術を用いて、周期的境界条件下における駆動系のスピン電流応答を計算。
• 時間に依存するスピン電流を、時間結晶的対称性の破れを引き起こす周波数で周期的変調し、部分周波数応答（サブハーモニック応答）を同定。
• 駆動振幅、トンネル結合、相互作用強度などのシステムパラメータを変化させることで、安定および準安定相を調査。
• 駆動周波数の半分の周波数でスピン電流にサブハーモニック応答が観測されることにより、時間結晶的秩序の存在を検証。
• 実験的に実現可能なパラメータを用いて、予測された現象が現在の量子ドットのプロセスと測定技術で達成可能であることを保証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 駆動された量子ドット配列が電極に結合されている場合でも、環境が存在する中で離散的時間結晶的秩序が存続可能か？
• RQ2 このような系において、時間結晶的および準結晶的相の存在を示す測定可能な輸送的シグネイチャは何か？
• RQ3 駆動周波数、トンネル結合、相互作用などのシステムパラメータは、時間結晶的秩序の安定性にどのように影響するか？
• RQ4 準安定的時間結晶的相はオープン量子ドット系に出現可能であり、安定相とはどのように区別されるか？

主な発見

• 電極への結合が存在する中でも、周期的駆動下において、安定的および準安定的離散的時間結晶的および準結晶的相が観測される。
• 時間結晶性は、駆動周波数の半分の周波数でサブハーモニック応答としてスピン電流に現れ、直接的な実験的シグネイチャを提供する。
• 環境への結合に対してもスピン電流応答は頑健に保たれ、オープン系ダイナミクスによって時間結晶的秩序が破壊されるという仮定に反する。
• 予測された現象は、現在の量子ドット技術で実現可能であり、個々のサイトが電気的に制御可能で、輸送測定が日常的に行われる。