[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出，周期性驱动的量子点阵列与电极耦合时，可支持稳定和亚稳态的离散时间晶体及准晶体相，时间晶体序可通过输运测量中可观测的自旋电流检测。这些发现利用当前量子点技术可实验实现，挑战了环境会破坏时间晶体序的传统观点。

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.

研究动机与目标

• 证明离散时间晶体序可在与电极耦合的开放、驱动型量子点阵列中持续存在，反驳当前认为环境会破坏此类相的普遍观点。
• 识别量子点系统中时间晶体序的实验可测特征，特别是通过输运构型中的自旋电流测量。
• 在现实开放系统条件下，探索驱动多体量子点阵列中时间晶体序与准晶体序的稳定性与涌现行为。
• 在时间晶体序的理论预测与当前电学可调量子点阵列的实验能力之间建立桥梁。

提出的方法

• 使用含时间周期性驱动的多体哈密顿量，对与输运电极耦合的周期性驱动量子点阵列进行建模。
• 采用非平衡格林函数技术，计算在周期性边界条件下驱动系统中的自旋电流响应。
• 分析具有打破离散时间平移对称性的周期调制下的时间分辨自旋电流，识别次谐波响应。
• 通过调节驱动振幅、隧穿耦合和相互作用强度等系统参数，研究稳定与亚稳态相。
• 通过观察自旋电流在驱动频率一半处的次谐波响应，验证时间晶体序的存在。
• 采用实验可行的参数，确保预测现象可借助现有量子点制备与测量技术实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在与电极耦合的驱动型量子点阵列中，尽管存在环境影响，离散时间晶体序是否仍能存在？
• RQ2 在这些系统中，时间晶体序与准晶体序的存在可通过何种可观测的输运特征揭示？
• RQ3 驱动频率、隧穿和相互作用等系统参数如何影响时间晶体序的稳定性？
• RQ4 在开放量子点系统中，亚稳态时间晶体序是否可出现，以及如何与稳定相区分？

主要发现

• 在与电极耦合的情况下，系统在周期性驱动下仍表现出稳定和亚稳态的离散时间晶体序与准晶体序。
• 时间晶体序表现为自旋电流在驱动频率一半处的次谐波响应，提供了直接的实验可观测特征。
• 自旋电流响应对环境耦合保持鲁棒，挑战了时间晶体序会被开放系统动力学破坏的假设。
• 预测的现象可借助当前量子点技术实现，其中各站点可电控，且输运测量常规进行。