[논문 리뷰] Ultrafast entanglement dynamics and spreading of quantum correlations in two-dimensional antiferromagnets

G. Fabiani, Johan H. Mentink|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 23.

Quantum many-body systems인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 신경 양자 상태를 사용하여 이중 차원 반자성 헤이젠베르크 모델에서 초고속 얽힘 동역학 및 양자 상관관계 확산을 조사한다. 빛의 원추 형태의 상관관계 확산이 자성자나 스핀온의 군속도를 초월하는 속도로 발생하며, 근처 이웃 상호작용과는 무관하게 얽힘 위상과 진폭에 대한 공명 제어가 가능하다는 점을 밝혀내며, 일차원 모델과의 유사성을 도전한다.

ABSTRACT

We numerically study the real space-time dynamics of magnon pairs in the two-dimensional antiferromagnetic Heisenberg model after short perturbations of the exchange interaction. Analogous to the dynamics following quantum quenches in one dimension, we find ultrafast light-cone like spreading of quantum spin correlations. Interestingly, the spreading speed is larger than can be expected from the highest magnon or spinon group velocities. Opposed to results in one dimension, the evolution of entanglement is not directly linked to the spreading and dictated by the coherent dynamics of nearest neighbour correlations. We show that this enables coherent control of both phase and amplitude of entanglement oscillations. All results are obtained with the recently proposed neural quantum states.

연구 동기 및 목표

• 변동 이후 이중 차원 반자성체에서 양자 상관관계의 실공간 및 시간적 진화를 이해하기 위해.
• 2D 시스템에서의 얽힘 동역학이 일차원 양자 쿠레 시나리오와 같은 원칙을 따르는지 조사하기 위해.
• 근처 이웃 상호작용을 초월하는 얽힘을 이끄는 비국소 상관관계의 역할을 탐색하기 위해.
• 고차원 스핀 시스템에서 얽힘 진동의 위상과 진폭에 대한 공명 제어가 가능한지 확인하기 위해.
• 신경 양자 상태가 2D 스핀 모델에서 비평형 양자 동역학을 시뮬레이션할 때 성능과 정확도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 교환 상호작용의 급격한 변동 이후 이중 차원 반자성 헤이젠베르크 모델에서 멀티온 쌍의 실시간 동역학을 시뮬레이션하기 위해.
• 시간에 따라 변화하는 변분 몬테카를로 기법을 사용하여 NQS를 진화시키고 상관관계 함수 및 얽힘 엔트로피를 계산하기 위해.
• NQS를 변분 안사로 사용하여 시간에 따라 변화하는 양자 상태를 고정밀도로 표현하기 위해.
• 스페이스타임 상관관계의 진화를 분석하여 빛의 원추 형태의 확산 행동을 식별하기 위해.
• 얽힘 동역학과 진동 특성을 추출하여 위상과 진폭 제어 잠재력 평가하기 위해.
• 상관관계 확산 속도를 자성자나 스핀온의 군속도와 비교하여 이격을 확인하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿼치 이후 이중 차원 반자성체에서 실공간 및 시간적 양자 스핀 상관관계의 확산은 어떻게 진화하는가?
• RQ2 2D 시스템에서의 얽힘 동역학은 일차원 시스템과 같은 메커니즘을 따르는가, 특히 근처 이웃 상호작용의 공명 동역학과의 연결을 고려할 때 어떻게 되는가?
• RQ3 상관관계 확산 속도가 자성자나 스핀온과 같은 기본 진동자의 최대 군속도를 초월할 수 있는가?
• RQ4 고차원 스핀 시스템에서 얽힘 진동의 위상과 진폭을 얼마나 잘 공명 제어할 수 있는가?
• RQ5 신경 양자 상태는 2D 양자 자성체에서 비평형 동역학과 장거리 상관관계를 얼마나 효과적으로 포착하는가?

주요 결과

• 양자 스핀 상관관계는 1차원이 아닌 이중 차원 반자성체에서도 초고속으로 빛의 원추 형태로 확산된다.
• 상관관계 확산 속도가 자성자나 스핀온의 최대 군속도를 초월하며, 단일 입자 분산을 초월하는 비정상적인 many-body 효과를 시사한다.
• 얽힘 동역학은 근처 이웃 상관관계 진화에 직접적으로 지배되지 않으며, 일차원 얽힘 확산의 전통적 패러다임을 도전한다.
• 시스템은 얽힘 진동의 위상과 진폭에 대한 공명 제어가 가능하며, 조절 가능한 양자 정보 처리 잠재력이 있음을 시사한다.
• 신경 양자 상태는 2D 시스템에서 복잡한 비국소 얽힘과 상관관계 동역학을 성공적으로 포착하여 비평형 양자 현상의 정확한 시뮬레이션을 가능하게 한다.
• 결과는 1D와 2D 양자 스핀 시스템 간의 얽힘 생성 메커니즘에 근본적인 차이가 있음을 강조하며, 고차원에서 더 풍부한 동역학이 나타남을 시사한다.