[論文レビュー] Many-body quantum quench in an atomic one-dimensional Ising chain

Florian Meinert, Manfred J. Mark+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2013

Quantum many-body systems被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、イジング量子相転移付近での量子クイenchに続く1次元原子ボーズ・ハッブル鎖における非平衡ダイナミクスを調査している。局所的検出により二重占有格子サイトの状態を測定することで、スピン配向におけるコherentな振動を観測し、クイench応答において少数体および多数体効果の明確な兆候を明らかにした。

ABSTRACT

We study non-equilibrium dynamics for an ensemble of one-dimensional atomic Bose-Hubbard chains after a sudden quench to the vicinity of the transition point of the Ising paramagnetic to anti-ferromagnetic quantum phase transition. The quench results in coherent oscillations for the orientation of Ising spins, detected via oscillations in the number of doubly-occupied lattice sites. We characterize the quench by varying the system parameters. We find clear evidence for few-body and many-body effects in the oscillatory response.

研究の動機と目的

• 1次元原子ボーズ・ハッブル鎖におけるイジング量子相転移付近での急激なクイenchに続く非平衡ダイナミクスを調査すること。
• 量子クイenchダイナミクスにおける少数体効果と多数体効果の相乗作用を解明すること。
• 調整可能な系パラメータを用いてクイench応答を特徴付け、サイト占有状態の測定によりスピン配向を検出すること。
• クイench後のダイナミクスにおいて、量子もつれと集団的挙動の兆候を特定すること。

提案手法

• 1次元原子ボーズ・ハッブル鎖をパラメトリックな反強磁性転移点付近で急激にクイenchする。
• イジングスピン配向の代理として、二重占有格子サイト数の時間発展を測定することでダイナミクスをプローブする。
• 系パラメータを変化させ、異なる領域におけるクイench応答を特徴付ける。
• 二重占有サイト数のコherentな振動を用いて、コherentスピンダイナミクスを推定する。
• 実験的設定により、局所的占有状態のイン・サイト検出が可能となり、非平衡量子挙動の直接観測が可能である。
• 解析は、振動応答における少数体効果と多数体効果の兆候を区別することに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1次元原子鎖におけるイジング量子相転移付近での急激なクイenchに伴う系の動的応答はいかなるものか？
• RQ2 クイench後に観測されたコherentな振動において、少数体効果は果たす役割は何か？
• RQ3 多数体相関は、クイench後のスピン配向の振動挙動にどのように影響を与えるか？
• RQ4 臨界点付近での系パラメータの変更によって、ダイナミクスはどの程度調整可能か？
• RQ5 クイench応答において、少数体と多数体寄与を区別する測定可能な兆候は何か？

主な発見

• 二重占有格子サイト数のコherentな振動が観測され、クイench後のイジングスピン配向におけるコherentダイナミクスを示している。
• 振動応答は、非平衡ダイナミクスにおける少数体および多数体効果の明確な証拠を示している。
• 振動の振幅と周波数はクイenchパラメータに依存し、系の動的応答を調整可能である。
• 振動の存在は、クイench後の状態において量子もつれが維持されていることを示している。
• サイト占有状態によるスピン配向の検出は、超冷却原子における非平衡量子挙動を直接実験的にプローブする手段を提供する。
• 結果は、低次元量子系における局所的相関と集団的ダイナミクスの相乗作用を強調している。