Quantum simulation of Heisenberg spin chains with next nearest neighbor interactions in coupled cavities
我们提出了一个方案来模拟一维XXZ型海森堡自旋模型之间的竞争相互作用的最近邻（NN）和次近邻光子耦合微腔。我们的计划，第一次，利用丰富的资源和灵活的控制，在这样的系统中实现任意可调的有效NN和下一个NN耦合强度之间的比率。这种强大的能力，使我们能够模拟挫折现象和无序行为在1-D系统所产生的下一个NN的相互作用，一个大类的问题，非常重要的凝聚态物理。我们的方案是鲁棒的，由于缺乏原子激发，抑制自发发射和腔衰减强烈。
2012-12-21 quant-ph
Realizing symmetry-protected topological phases in a spin-1/2 chain with next-nearest neighbor hopping on superconducting qubits
在量子模拟器上实现物质的新相是一个非常有趣的话题。数字量子计算机提供了一种制备拓扑相的途径，这种相互作用在模拟量子模拟器中不会自然产生。在这里，我们报告了在可编程超导量子处理器上实现了具有次近邻跳跃的自旋{1/2}哈密顿量的最多11个量子比特的安全保护拓扑（SPT）相。我们观察到明确的签名的两个不同的SPT阶段，如激发本地化到特定的边缘和有限的字符串序参量。我们的工作推进了正在进行的在数字近期量子计算机上实现具有奇异相互作用的物质新状态的努力。
2021-12-20 quant-ph
Infinite qubit rings with maximal nearest neighbor entanglement: the Bethe ansatz solution
我们在环上寻找量子比特的量子不变态，使最近邻纠缠最大化。该问题最初由O 'Connor和Wootters [Phys. Rev. A { \bf 63}，052302（2001）]研究。我们首先将问题映射到寻找自旋为1/2的海森堡XXZ模型的基态。利用无限环极限下的Bethe近似解，我们证明了O 'Connor和Wootters关于最大纠缠态没有相邻自旋对的假设的正确性.然而，对于足够小的固定磁化，假设并不成立：我们确定的磁化区域的状态，最大限度地提高最近邻纠缠必然包含对相邻的自旋“向下”。
2006-02-16 quant-ph
Magnetization transport in spin ladders and next-nearest-neighbor chains
我们研究了高温下几种自旋梯系统以及次近邻耦合自旋链中的磁化输运。在可积阶梯考虑，我们分析表明，运输是弹道的部门与非零平均磁化，而非平衡固定设置的数值模拟表明在零磁化（半填充）部门的异常运输。对于其他系统，各向同性海森堡阶梯和自旋链，显示典型的量子混沌系统的本征能级排斥，数值模拟表明扩散运输。
2013-11-27 cond-mat.str-el quant-ph
Dimensionality induced entanglement in macroscopic dimer systems
研究了任意拓扑和维数的晶格中短程自旋-s二聚体覆盖混合物的纠缠性质。我们证明了在一维空间中，任何自旋$s$都存在最近邻纠缠。令人惊讶的是，在更高的空间维度有一个阈值的自旋$s$低于最近邻纠缠消失。传统的“经典”极限的大自旋值对应的最高最近邻纠缠，我们量化使用的负值。
2007-07-26 quant-ph
Matrix product states and exactly solvable spin 1/2 Heisenberg chains with nearest neighbor interactions
利用矩阵乘积方法，引入了磁场中自旋为1/2的$xyz$海森堡链（具有最近邻相互作用）的两参数精确可解族，并计算了基态和关联函数的紧致形式.基态有一个非常有趣的性质：所有的自旋对都是相互纠缠的。因此，一方面可以在实验上可实现的自旋系统中设计长程纠缠，另一方面可以更细致地研究这种系统中的量子相变。
2007-03-19 cond-mat.str-el quant-ph
Magnetically controlled quantum thermal devices via three nearest-neighbor coupled spin-1/2 systems
本研究提出一种磁控三最近邻耦合自旋-1/2量子热器件，可通过纵向/横向磁场分别实现热流阻断调控、子空间额外调控，还能提升热晶体管放大性能，实现多样放大行为与高放大因子。
2024-01-09 quant-ph
Dynamics of Entanglement for One-Dimensional Spin Systems in an External Time-Dependent Magnetic Field
我们研究了XY模型中通过最近邻交换相互作用耦合的一维自旋系统在外加含时磁场作用下的纠缠动力学。利用双格位密度矩阵，计算了最近邻量子比特间的纠缠度。我们研究了温度、各向异性参数以及外加含时磁场对纠缠的影响。我们发现，当外加一定的含时磁场时，纠缠可以局域在最近邻量子比特之间。此外，该模型的磁化强度表明，纠缠态呈现非遍历性，在无限时间极限下，纠缠态不接近其平衡态。
2005-05-13 quant-ph
Sequentially generated entanglement, macroscopicity and squeezing in a spin chain
我们研究了一维自旋量子比特链上的最近邻二体纠缠产生的量子态。在这样一组操作的单次扫描之后，系统有效地由具有与自旋量子位相同的虚拟维度的矩阵乘积状态（MPS）来描述。我们采用MPS的显式形式计算局部观测量的期望值和两点关联函数，并利用所得结果研究集体观测量的涨落。通过所谓的宏观性和集体自旋变量的压缩性质，他们见证了链中的量子关联和多粒子纠缠。宏观性只发生在整个链，如果最近的邻居相互作用是最大的纠缠，而最近的邻居粒子之间的有限的，顺序的相互作用导致压缩的集体自旋。
2017-10-12 quant-ph
Spin-1/2 particles moving on a 2D lattice with nearest-neighbor interactions can realize an autonomous quantum computer
什么是最简单的哈密顿量，可以实现量子计算，而不需要任何控制操作在计算过程中？在以前的论文中，我们已经构建了一个10-本地有限程相互作用的量子比特之间的二维晶格具有这种性质。在这里，我们表明，在二维晶格上qutrits之间的配对相互作用是足够的，也可以实现一个遍历的计算机，其中的结果可以读出的时间平均状态后，一些后选择具有高的成功概率。其中两个量子态是由自旋为1/2的粒子的两个能级位于特定的晶格位置给出的，第三个量子态是它的不存在。相邻粒子间的相互吸引力和跳跃项共同作用引起耦合量子行走，其中粒子自旋受到空间非均匀相互作用，实现完整量子计算。完整方法确保所实现的电路不依赖于行走所需的时间。尽管所需类型的自旋-自旋相互作用的实现目前还不清楚，但该模型表明，相当简单的哈密顿量足够强大，可以在封闭的物理系统中进行通用的量子计算。
2006-12-12 quant-ph
Two-spin subsystem entanglement in spin 1/2 rings with long range interactions
本文研究了自旋为1/2的$N$环上的哈密顿量\[ H= \sum_{1\leq j< k \leq N} (\frac{1}{r_{j,k}})^α {\mathbf σ}_j\cdot {\mathbf σ}_k \]的本征态与相应的第$j$自旋矢量算符$(\hbar /2){\bf σ}_j$的双自旋子系统纠缠.这里$r_{j,k}$是位点$j$和$k$之间的弦距离。$α=2$的情况对应于可解的Haldane-Shastry模型，其光谱具有$α\neq 2$不存在的非常高的简并性。两自旋子系统纠缠具有很高的灵敏度，并将$α=2$与$α\neq 2$区别开来.当$α=2$时，所有本征态在近邻外没有纠缠.而对于$α\neq 2$，在$α$的某个区间内，对于足够高能量的本征态，在任何距离上都有选择性纠缠，这取决于能量。基态（仅对偶$N$是单线态）没有超过最近邻的纠缠，并且最近邻纠缠实际上与由$α$控制的相互作用的范围无关。
2007-09-14 quant-ph
Entanglement properties in (1/2,1) mixed-spin Heisenberg systems
利用负性的概念，研究了（1/2，1）混合自旋海森堡系统中的纠缠。我们得到了小的各向同性海森伯团簇的纠缠只有最近邻（NN）相互作用的四个自旋和四自旋海森伯模型与NN和次最近邻（NNN）相互作用的分析结果。对于更多的自旋，我们数值研究了温度，磁场和NNN相互作用对纠缠的影响。我们详细地研究了温度阈值，之后负性消失。
2005-08-27 quant-ph
Analytic next-to-nearest neighbour XX models with perfect state transfer and fractional revival
某些非均匀耦合的自旋链可以表现出端到端的量子态的完美转移。最近的实验实现的动机，我们扩展了最简单的这样的链的下一个最近的邻居（NNN）耦合。分析表明，完美的状态转移可以保持下的扩展，端到端纠缠产生（分数复苏）可以发生。
2016-07-09 quant-ph
Ground State Entanglement in a Combination of Star And Ring Geometries Of Interacting Spins
我们比较了一个星和一个环网络的相互作用的自旋之间的纠缠，他们可以提供最近的和下一个最近的邻居之间的自旋在基态。然后，我们研究这种纠缠是否可以通过允许系统相互作用，通过加权组合的星和环的几何形状进行优化。我们发现，这样的加权组合确实是最佳的在某些情况下，提供最高的纠缠之间的两个选定的自旋。纠缠显示跳跃和违反直觉的行为作为相对权重的星和环相互作用的变化。我们给出了一个五量子比特系统（环中有四个自旋和一个中心自旋）的行为的精确数学解释，以及对更大系统的直观解释。对于环中有四个自旋加上一个中心自旋的情况，我们演示了如何将四量子比特GHZ态生成为基态的简单导数。我们的计算还表明，一些多粒子纠缠态派生的基态的一个星形网络是足够强大的最近邻环相互作用的存在。
2004-08-11 quant-ph
Topologically protected measurement-based quantum computation on the thermal state of a nearest-neighbor two-body Hamiltonian with spin-3/2 particles
最近，李{ \it et al.} [Phys. Rev. Lett. { \bf 107}，060501（2011）]已经证明，只要温度小于临界值，即阈值温度，就可以在具有自旋2和自旋3/2粒子的最近邻两体哈密顿量的热状态上实现拓扑保护的基于测量的量子计算。在这里，我们表明，热状态的最近邻两体哈密顿量，其中只包括自旋3/2粒子，使我们能够进行拓扑保护的测量为基础的量子计算。阈值温度的计算结果表明，与自旋-2和自旋-3/2系统的阈值温度相当。此外，我们一般表明，一个高连通性的集群状态可以有效地产生从自旋3/2系统的热态没有严重的热噪声积累。
2012-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el
Four interacting spins: addition of angular momenta, spin-spin correlation functions, and entanglement
本文利用角动量加法规则研究环上四个自旋在竞争Heisenberg相互作用下的能谱，分析了基态随参数$α$的演化及自旋关联，并揭示纠缠熵对系统划分方式的强烈依赖。
2023-08-29 quant-ph
Numerically efficient unitary evolution for Hamiltonians beyond nearest-neighbors
University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；CNRS, CESQ（法国国家科学研究中心，量子化学与光谱学中心）
本文提出了一种高效构建紧凑MPO的方法，用于处理具有超越最近邻相互作用的自旋哈密顿量，提升TEBD在复杂自旋系统中的演化效率。
2025-11-20 cond-mat.str-el quant-ph
Thermal entanglement between non-nearest-neighbor spins on fractal lattices
利用抽取重正化群方法研究了铁磁海森堡链和分形晶格中两个非最近邻格点之间的热纠缠。结果表明，纠缠度随温度的升高而减小，当温度超过一个临界值T_{c}时，纠缠度消失。在一定温度下，热纠缠首先随着各向异性参数Δ的增大而增大，然后在Δ接近各向同性点时急剧减小到零。我们还展示了如何纠缠演化的系统L的大小通过RG方法变得很大。随着L的增大，对于自旋链和Koch曲线，当L为\geq 17时，两个末端自旋之间的纠缠是脆弱的，并且消失;而对于两种钻石型层次（DH）晶格，纠缠是相当稳健的，即使L变得很大，纠缠仍然存在.我们的结果表明，特殊的分形结构可以影响纠缠随系统尺寸的变化。
2012-03-21 cond-mat.stat-mech quant-ph
Spatial noise correlations beyond nearest-neighbor in ${}^{28}$Si/SiGe spin qubits
本研究在 Si/SiGe 自旋量子比特阵列中探测到次近邻比特间 10% 的噪声关联，并建立理论模型预测关联随距离多项式衰减，量化了长程噪声关联对系统可扩展性与容错性的影响。
2023-02-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Complete classification of integrability and non-integrability of S=1/2 spin chains with symmetric next-nearest-neighbor interaction
Graduate School of arts and sciences, University of Tokyo（东京大学大学院人文社会系研究科）
本文研究了具有对称次近邻相互作用的S=1/2自旋链，证明该类系统中仅有两种可积模型，其余均为非可积，确认了该类自旋链中不存在缺失的可积模型。
2026-04-10 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el math-ph
Proof of the absence of local conserved quantities in general spin-1/2 chains with symmetric nearest-neighbor interaction
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR)（理化学研究所前沿研究集群）
该研究严格证明了除已知可积系统外，具有对称最近邻相互作用的一般自旋-1/2链无额外非平凡局域守恒量，排除了未发现可积系统及有限守恒量中间系统的可能，并厘清了非可积系统的短支撑守恒量。
2024-11-04 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Complete Classification of Integrability and Non-integrability for Spin-1/2 Chain with Symmetric Nearest-Neighbor Interaction
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR)（理化学研究所前沿研究集群）
该研究对具有对称最近邻相互作用的自旋-1/2链的可积性完成完全分类，严格证明该类中仅已知系统可积，其余均不可积，排除了中间系统的存在，佐证可积系统在量子多体系统中属特例的论断。
2024-11-04 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Entanglement robustness and spin relaxation in thermal states of two-dimensional dissipative spin system in an inhomogeneous magnetic field
我们考虑一个有限的二维海森堡三角形自旋晶格在不同程度的各向异性耦合到一个耗散Lindblad环境服从Born-Markovian约束在有限的温度。我们展示了如何应用一个非均匀的磁场的系统可能会显着影响纠缠分布和自旋之间的渐近稳定状态的系统的属性。特别是，施加一个不均匀的领域与向内（增长）的梯度向中心自旋被发现，大大提高最近邻纠缠和它的鲁棒性的热耗散衰减效应在完全各向异性（伊辛）系统，而所有的超越最近邻纠缠完全消失。对部分各向异性（XYZ）系统施加相同的场，不仅可以增强最近邻纠缠及其鲁棒性，而且可以增强所有的超最近邻纠缠。然而，场的不均匀性对各向同性（XXX）系统中纠缠的渐近行为没有影响，在任何系统配置下纠缠都消失。此外，与其他非均匀场相比，同一非均匀场对自旋动力学的影响也最大。虽然在各向同性系统中，自旋弛豫到可分离的（解纠缠的）稳定状态，所有自旋都达到一个共同的自旋状态，而不管场的不均匀性如何，但在完全各向异性系统的稳定状态中，自旋根据它们在晶格中的位置而达到不同的自旋状态。然而，在XYZ系统中，虽然各向异性较低，但自旋态变得更加明显，伴随着系统中的长程量子相关，这是在系统各向异性和场不均匀性的组合下发生的临界行为的标志。
2020-09-16 cond-mat.str-el quant-ph
Many-body localization properties of fully frustrated Heisenberg spin-1/2 ladder model with next-nearest-neighbor interaction
本研究探讨了具有次近邻相互作用的完全阻挫海森堡自旋1/2阶梯模型的多体局域化性质，发现其临界点为$w_2 \sim 10.5 \pm 0.5$，存在多体迁移率边，且连续二阶相变比Kosterlitz-Thouless型相变更适合解释该模型的MBL相变。
2024-02-17 cond-mat.dis-nn quant-ph
Detecting quantum phase transitions in a frustrated spin chain via transfer learning of a quantum classifier algorithm
本文以 ANNNI 模型为基准，提出利用监督学习与迁移学习识别量子相变，并比较经典方法与 QNN 量子分类器的性能。
2023-09-27 physics.data-an quant-ph
Enhancing quantum utility: simulating large-scale quantum spin chains on superconducting quantum computers
本文在IBM超导量子计算机上用至多100个量子比特模拟含J1、J2竞争作用的自旋-1/2 Heisenberg链，并以恒定深度的一阶和二阶Trotter电路实现时间演化与交错磁化测量。
2024-03-18 cond-mat.str-el hep-lat quant-ph
Violation of area-law scaling for the entanglement entropy in spin 1/2 chains
对于典型的物理量子系统，纠缠熵服从面积律标度。这可能天真地被认为是从相互作用的局部性得出的。我们表明，这是不是通过构建一个明确的简单的自旋链哈密顿与最近邻相互作用，提出了纠缠体积标度律的情况下。这种非平移模型被设计成具有耦合，该耦合迫使单重键在半链上积累。我们的结果是互补的非平移不变，最近邻相互作用的哈密顿量和QMA完全问题之间的已知关系。
2010-03-25 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
