与激发态量子相变相关的三轴自旋压缩态

在集体原子系综中,通过非线性相互作用将噪声压制至标准量子极限以下的自旋压缩态,可实现量子增强的精密测量。基于北川和上田的单轴与双轴扭曲范式,研究人员在各项异性的Lipkin-Meshkov-Glick模型中构建了一类广义的三轴自旋压缩态。该模型具有方向依赖的二次耦合特性,可在单轴与双轴机制间连续过渡,并可视为非对称量子转子。通过半经典动力学、马约拉纳表示和Husimi-Q分布等方法,该工作系统分析了所获量子态的结构与测量学特性。三轴框架不仅重现了单轴扭曲已知的N^(-2/3)标度律和双轴扭曲的海森堡极限N^(-1)标度律,还为低自旋系统提供了额外的可调谐性和增强的纠缠生成能力。进一步研究表明,调节各向异性参数可诱导基态与激发态的量子相变,包括与能级聚集和临界动力学相关联的二阶相变。这些成果统一了自旋压缩、量子临界性与转子类比等概念,为里德堡原子阵列和腔QED平台实现精密传感与量子模拟提供了新思路。

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提交arXiv: 2025-12-30 21:36

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