[论文解读] Quantum criticality at infinite temperature revealed by spin echo

Shaowen Chen, Zhan-Feng Jiang+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2012

Quantum and electron transport phenomena参考文献 3被引用 1

一句话总结

本文展示了具有长相干时间的量子探针可通过自旋回声技术抑制热涨落，从而在无限温度假设下探测量子临界性。该方法揭示了通常仅在接近绝对零度下才能观测到的量子临界行为，建立了时间与倒温度之间的对偶性，使室温实验能够研究超低温度下的量子序。

ABSTRACT

Quantum criticality, being important as an indicator of new quantum matters emerging, is known to occur only at zero or low temperature. We find that a quantum probe, if its coherence time is long, can detect quantum criticality at infinitely high temperature. In particular, the echo control over a spin probe can remove the thermal fluctuation effects and hence reveals the quantum fluctuation effects. Probes with quantum coherence time of milliseconds or seconds can be used to study emerging quantum orders that would occur at extremely low temperatures of nano- or pico-Kelvin. This discovery establishes a physical link between time and inverse temperature and provides a new route to the wonderland of quantum matters.

研究动机与目标

• 探究传统上局限于接近绝对零度的量子临界性是否可在无限高温下被探测到。
• 研究量子相干性在区分量子涨落与热噪声中的作用。
• 开发一种方法，使室温探针能够研究纳米和皮可Kelvin尺度下的涌现量子序。
• 在量子系统中建立时间演化与倒温度之间的物理联系。

提出的方法

• 利用具有毫秒至秒级相干时间的量子自旋探针，以在长时间内保持量子信息。
• 应用自旋回声控制动态重聚焦探针，抵消热涨落的影响。
• 利用回声技术隔离并放大在高温下被热噪声掩盖的量子涨动信号。
• 利用时间-倒温度对偶性，将长时间动力学映射为无限温度假设下的行为。
• 通过分析回声衰减与相位演化，提取量子临界性的特征信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用具有长相干时间的量子探针在无限温度下观测到量子临界性？
• RQ2 自旋回声技术在多大程度上可抑制热涨落并揭示潜在的量子涨落？
• RQ3 量子探针的相干时间在多大程度上影响其在高温下探测量子临界行为的能力？
• RQ4 量子系统中时间演化与倒温度之间的物理机制是什么？

主要发现

• 使用毫秒至秒级相干时间的量子探针，可在无限温度下探测到量子临界性。
• 自旋回声控制能有效消除热涨落影响，从而隔离量子涨动信号。
• 该方法使室温实验装置能够研究原本预期在纳米和皮可Kelvin温度下出现的量子序。
• 通过量子探针的动力学，建立了时间与倒温度之间的物理联系。