[논문 리뷰] Floquet Time Spirals and Discrete Time Quasi-Crystals

Hongzheng Zhao, Florian Mintert외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 17.

Quantum many-body systems인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 준주기적으로 구동되는 양자 시스템에서 플로케트 시간 나선을 도입하며, 이러한 시스템이 다체 국소화를 통해 안정적인 이산 시간역행 대칭 위반을 나타낼 수 있음을 보여준다. 준주기적 구동을 효과적인 주기적 구동으로 매핑함으로써, 저자들은 열역학적 무한 온도로의 가열에 저항하는 강건한 이산 시간 준정련체 상을 규명한다.

ABSTRACT

We analyse quasi-periodically driven quantum systems that can be mapped exactly to periodically driven ones and find Floquet Time Spirals in analogy with spatially incommensurate spiral magnetic states. Generalising the mechanism to many-body systems we discover that a form of discrete time-translation symmetry breaking can also occur in quasi-periodically driven systems. We construct a discrete time quasi-crystal stabilised by many-body localisation. Crucially, it persists also under perturbations that break the equivalence with periodic systems. As such it provides evidence of a stable quasi-periodically driven many-body quantum system which does not heat up to the featureless infinite temperature state.

연구 동기 및 목표

• 준주기적으로 구동되는 양자 시스템에서 시간역행 대칭 위반의 발생을 탐색하는 것.
• 정확한 매핑을 통해 준주기적으로 구동되는 시스템과 주기적 시스템 간의 관계를 수립하는 것.
• 다체 국소화에 의해 보호되는 안정적인 이산 시간 준정련체 상을 규명하고 특성화하는 것.
• 주기적 구동으로의 동치성을 깨는 외부 힘에 대한 시간 준정련체 상의 강건성을 입증하는 것.

제안 방법

• 수학적 등가성을 사용하여 준주기적으로 구동되는 시스템을 효과적인 주기적으로 구동되는 시스템으로 매핑하는 것.
• 플로케트 이론의 프레임워크를 적용하여 시간 진동을 분석하고 기대되는 시간 나선 구조를 식별하는 것.
• 다체 국소화를 활용하여 이산 시간역행 대칭 위반을 안정화하는 것.
• 주기적 시스템으로의 매핑을 깨는 외부 힘에 대한 시스템의 반응을 분석하는 것.
• 시간 준정련체 상이 그러한 외부 힘에도 지속되는 모델을 구축하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 준주기적으로 구동되는 양자 시스템이 이산 시간역행 대칭 위반을 나타낼 수 있는가?
• RQ2 다체 국소화는 이러한 시스템에서 시간 준정련체 상을 어떻게 안정화하는가?
• RQ3 주기적 구동으로의 동치성을 깨는 외부 힘에 대해 시간 준정련체 상이 어느 정도 지속되는가?
• RQ4 플로케트 시간 나선은 기대되는 시간역행 대칭 위반을 특성화하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 시스템은 무한 온도 상태로의 가열 없이 안정적인 이산 시간 준정련체 상을 나타낸다.
• 주기적 시스템으로의 매핑을 깨는 외부 힘에 대해서도 시간 준정련체 상이 지속되며, 이는 강건성을 시사한다.
• 플로케트 시간 나선은 공간적 비공배성 나선 자성 상태의 역동적 유사체로 나타난다.
• 다체 국소화는 시간역행 대칭 위반 상을 안정화하는 데 핵심적인 역할을 한다.