XY模型中通过扭转动力学实现可扩展纠缠的指数式启动

高效制备可扩展的多体纠缠是下一代量子器件发展的核心目标。该研究表明,通过具有U(1)对称相互作用和横向场的哈密顿量所产生的“扭转-转动”(TaT)动力学,可为互作用自旋系综实现这一目标提供重要资源。对于具有足够高连通性的模型,TaT动力学展现出两个关键特征:1)在短时间内产生可扩展的量子压缩,并在后期实现具有海森堡标度的量子Fisher信息;2)系统规模仅需对数级增长的时间即可达成可扩展的多体纠缠(最高至海森堡标度),这与量子关联的指数级积累相关。这些结果可以在具有拉比场和无限长程相互作用的XY模型中严格证明,并在空间衰减XY相互作用(如二维 dipole-dipole 相互作用)情况下通过数值模拟验证——前提是在大系统规模和/或强场条件下不出现不稳定的自旋波模式。对于dipolar相互作用,其中等时段的纠缠动力学完全违背热化规律;且似乎达到了将Lieb-Robinson界限推广至幂律相互作用系统时所允许的最大纠缠建立速度。

量科快讯