Underdamped quantum ratchets
我们研究了弱耗散影响下的量子棘轮效应，我们在Floquet-Markov主方程方法内处理。当所有相关的对称性都被破坏时，棘轮电流就会出现。利用时间反演对称驱动，我们预测了一个纯粹的耗散诱导的量子棘轮电流。这种定向量子输运是由非输运Floquet态的浴诱导叠加引起的。
2009-02-24 cond-mat.other nlin.CD quant-ph
Quantum ratchet with Lindblad rate equations
该研究在一维周期晶格上建立量子随机行走模型，利用Lindblad速率方程和系统对称性推导出长时间极限下的速度解析式，发现速度可多次反转，且需非零跃迁速率以实现定向运动。
2024-05-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
A regular Hamiltonian halting ratchet for matter wave transport
本文设计并利用一维光学晶格中的玻色–爱因斯坦凝聚体，首次实验观测到基于周期性静止可积轨迹的正则哈密顿棘轮线性非扩散物质波输运，并分析有效普朗克常数与量子最优控制的作用。
2023-09-29 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum Ratchet Accelerator without a Bichromatic Lattice Potential
在量子棘轮加速器系统中，可以在不使用偏置场的情况下动态地生成线性增加的定向电流。具有完全经典混沌的通用量子棘轮加速[Gong和Brumer，Phys.Rev.Lett. 97，240602（2006）]构成了量子混沌的一个新元素，也是对经典棘轮输运求和规则的一个有趣的违反。在这里，我们提出了一个简单的量子棘轮加速器模型，也可以产生线性增加的量子电流与完全经典混沌。这个新模型不需要双色晶格势。它是基于一个变种的共振踢转子系统，周期性地踢两个光晶格潜力相同的晶格常数，但具有不等的振幅和固定的相移之间。详细研究了棘轮电流加速率与系统参数的关系。我们的新量子棘轮加速器模型的冷原子版本应该可以通过对当前冷原子实验进行轻微修改来实现。
2008-06-24 cond-mat.other nlin.CD quant-ph
Emergent symmetries in prethermal phases of periodically driven quantum systems
本文综述了周期性驱动封闭量子系统预热阶段中涌现的近似动力学对称性的起源、本质及其对动力学局域化、Floquet疤痕、希尔伯特空间碎裂和时间晶体相等现象形成的作用。
2024-12-09 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Current behavior of a quantum Hamiltonian ratchet in resonance
我们研究了当反冲周期对应于量子共振态时，在反冲哈密顿系统中出现的棘轮电流。在经典模拟中，时空对称性应该被打破以获得净定向电流。最近发现，在量子共振中，时间对称性可以保持，我们证明了空间对称性破缺是发现这种效应的必要条件。此外，我们显示了数值和分析的运动方向是如何显着影响的踢潜力的强度和周期的值。通过增加相互作用的强度，这个方向周期性地改变，为我们提供了这个量子模型中电流反转的非预期来源。这些逆转也取决于踢的时间，尽管这种行为在理论上更难分析。最后，我们将讨论推广到非一致初始条件的情况。
2006-12-11 cond-mat.soft quant-ph
Quantum ratchet transport with minimal dispersion rate
我们通过考虑初始局域波包加载到闪烁周期势中的动力学来分析量子棘轮的性能。有向质心运动可以通过势高的均匀调制来启动，只要调制协议打破所有相关的时间和空间反射对称性。量子棘轮输运的性能较差，其特征在于波包的慢净运动和快速扩散扩展，而理想的最佳性能则相反。通过调用经典Péclet数的量子模拟，即传播波包的群速度和色散的商，我们校准闪烁量子棘轮的输运性质，并讨论产生低色散定向输运的机制。
2011-10-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Resonant ratcheting of a Bose-Einstein condensate
研究了周期势场中相互作用量子粒子在外加交流驱动作用下的整流过程。时空对称性的打破导致了在没有相互作用的情况下已经定向的运动。量子棘轮效应的一个标志是电流的共振增强（Europhys. Lett. 79（2007）10007和Phys.Rev.A75（2007）063424）。在这里，我们研究的命运，这些共振内的Gross-Pitaevskii方程描述了许多粒子之间的平均场相互作用。我们发现，共振是i）不被破坏的相互作用，ii）移动其位置与增加相互作用强度。我们跟踪的Floquet状态的线性方程组的非线性域，并表明共振引起的不稳定性，从而出现新的非线性Floquet状态，其传输特性不同强烈的情况下相比，非相互作用的粒子。
2007-10-06 quant-ph
Quantum many-body spin ratchets
该研究引入SU(2)不变的手性输运量子幺正电路，揭示空间反射破缺下自旋磁化率的普适漂移规律，验证可积情形的解析解，并发现最大熵态违反Gallavotti-Cohen对称性、满足广义涨落关系。
2025-05-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dynamical symmetries of periodically-driven quantum systems and their spectroscopic signatures
量子系统的空间对称性在光谱学中产生重要的影响，如选择定则和暗态。在最近的实验中实现的光-物质相互作用的强度不断增加的激励下，我们研究了一组量子系统的动力学广义对称性，这是一个强大的周期驱动。基于Floquet响应理论，我们研究了旋转，粒子-空穴，手征和时间反演对称性及其在光谱学中的签名，包括受保护的暗态（spDS），Floquet带选择规则（FBSR）和受保护的诱导透明（siT）。具体来说，动力学旋转对称性建立了暗态条件，以及非弹性光散射过程的选择规则;粒子-空穴对称性为对称性相关的Floquet态引入了暗态，并且在准能交叉处也引入了透明效应;手征对称性和时间反演对称性单独并不意味着暗态条件，但可以与粒子-空穴对称性结合。我们的预测揭示了新的物理现象时，量子系统达到强光-物质耦合制度，重要的超导量子位，原子和分子在光学或等离子体场腔，和光学机械系统。
2022-09-10 quant-ph
Quantum Phase Transitions in periodically quenched systems
本文提出用控制参数在两个值之间周期性突跳的淬火方案替代连续调参，研究量子相变，发现其结果与传统方法高度相似，并有望用于控制参数难以访问的实验场景。
2024-06-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Observation of symmetry-protected selection rules in periodically driven quantum systems
周期驱动的量子系统，被称为Floquet系统，由于其丰富的动力学特性，近年来一直是非平衡物理学的焦点。时间周期系统不仅表现出与空间周期系统相似的对称性，而且由于对称性破缺，它们还表现出新颖的行为。表征这种动态对称性是至关重要的，但任务往往是具有挑战性的，由于有限的驱动强度和缺乏实验可访问的表征协议。在这里，我们展示了如何通过观察Floquet态之间的量子诱导选择规则来表征动力学对称性，包括宇称，旋转和粒子-空穴对称性。具体来说，我们利用调制量子驱动，以达到强的光-物质耦合制度，我们介绍了一个协议，实验提取的过渡元素之间的Floquet状态从系统的相干演化。利用金刚石中的氮空位中心作为实验平台，我们应用我们的方法观察了金刚石中的氮空位保护暗态和暗带，以及隧穿效应的相干破坏。我们的工作展示了如何利用量子控制工具包来研究强驱动Floquet系统的拓扑阶段可能出现的动力学对称性。
2021-05-25 physics.atom-ph quant-ph
Effective and efficient resonant transitions in periodically modulated quantum systems
我们分析了具有$SU(2)$和$SU(1,1)$对称性的周期调制量子系统。将哈密顿量转化为Floquet表示，我们应用李变换方法，这使我们能够分类所有有效的共振跃迁中出现的时间依赖系统。在一个单一的周期性扰动系统的情况下，我们提出了一个明确的迭代过程中确定的有效相互作用常数对应于每一个共振弱和强调制。对于耦合的量子系统，我们确定了作为时间调制和固有非线性的结果出现的有效的共振跃迁。
2021-08-09 quant-ph
Unifying topological phase transitions in noninteracting, interacting, and periodically driven systems
拓扑相变跟踪系统的拓扑性质的变化，并且发生在真实材料以及量子工程系统中，所有这些在维度、对称性、相互作用和驱动方面都有很大不同，因此需要各种技术和概念来描述它们的拓扑性质。例如，根据系统，拓扑可以从单粒子布洛赫波函数、格林函数或多体波函数访问。我们证明，尽管这种多样性，所有的拓扑相变显示一个普遍的功能：即，发散的曲率函数，组成的拓扑不变量在临界点。这个特性可以通过类似重整化群的方法来描述拓扑相变。这种方法扩展了Landau理论中的关联函数、临界指数、标度律和普适性类等概念，以统一的方式表征拓扑相变。
2019-12-18 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Classification of topological phases in periodically driven interacting systems
我们认为拓扑相位周期性驱动（Floquet）系统表现出多体局域化，保护对称性$G$。我们认为这样的阶段和拓扑相的对称性$\mathbb{Z} \rtimes G$，其中额外的$\mathbb{Z}$帐户的离散时间平移对称性保护的非驱动系统之间的一般对应关系。因此，例如，没有内在拓扑顺序的$d$空间维度中的玻色子相（SPT相）通过上同调群$H^{d+1}(\mathbb{Z} \rtimes G, \mathrm{U}(1))$分类。对于酉对称性，我们解释额外产生的Floquet相位的低维SPT阶段，在一个时间步期间被泵送到边界。这些结果也意味着存在的新的富拓扑（SET）订单保护的驱动器的周期性。
2016-05-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Symmetries, Topological Phases and Bound States in the One-Dimensional Quantum Walk
离散时间量子行走已经被证明可以模拟一维和二维中所有已知的拓扑相。作为周期驱动的量子系统，其拓扑描述比封闭的哈密顿系统复杂。我们绘制出粒子-空穴对称一维离散时间量子行走的拓扑相。我们发现，在这个系统中没有手征对称性：它的拓扑结构只产生于粒子-空穴对称性。我们计算Z2 \times Z2拓扑不变量在一个简单的方式，是一致的一维周期性驱动量子系统的一般定义。这些结果允许一个透明的解释有限晶格上的边缘状态通过体边界对应。我们发现，批量Floquet运营商不包含所有的拓扑不变所需的信息。作为这一说法的一个例子，我们表明，在分裂步量子行走，具有相同的Floquet算子的两块之间的边缘可以主机拓扑保护的边缘状态。
2012-11-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tailored particle current in an optical lattice by a weak time-symmetric harmonic potential
当时空对称性被破坏时，量子棘轮在零平均值的时间周期势的驱动下表现出渐近电流。最近有一个辩论是否定向电流可能出现的潜力，不打破这些对称性。我们在这里表明，在存在的quasienergy谱中的简并，可以诱导持久的定向电流，即使时间反演对称性没有被打破。我们的模型可以实现与超冷原子的光晶格在紧束缚制度，我们表明，可以控制的时间尺度的平均电流的极弱的字段。
2011-06-11 cond-mat.quant-gas quant-ph
Long-lived interacting phases of matter protected by multiple time-translation symmetries in quasiperiodically-driven systems
我们展示了如何一个大家庭的相互作用的非平衡相的物质可以产生的存在下，多个时间平移对称性，发生准周期性地驱动一个孤立的量子多体系统与两个或两个以上的不相称的频率。这些阶段从根本上不同于那些在时间无关或时间驱动（Floquet）设置中可实现的阶段。专注于高频驱动器与平滑的时间依赖性，我们严格建立一般条件，这些阶段是稳定的参数长寿的“预热”制度。我们开发了一种形式主义来分析多个时间平移对称性对系统动力学的影响，我们用它来分类和构建显式的紧急阶段的例子。特别是，我们讨论了自发打破时间平移对称性的时间准晶体，以及时间平移对称性保护的拓扑相位。
2020-05-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Discrete time crystals in the absence of manifest symmetries or disorder in open quantum systems
在周期驱动的开放量子系统中，我们建立了亚稳态和离散时间结晶相之间的联系。我们强调的机制既不需要系统显示任何微观对称性，也不需要无序的存在，而是依赖于亚稳态的出现。我们在一个开放的量子自旋系统中详细研究了这一点，这是一个正则模型，用于探索强相互作用耗散里德堡气体中的集体现象。在这里，一个半经典的方法揭示了一个强大的离散时间结晶相的出现在热力学极限，其中亚稳态，耗散和粒子间的相互作用发挥了至关重要的作用。我们进行大规模的数值模拟，以调查的相互作用的范围，从所有到所有的短程的依赖性，和缩放与系统尺寸的时间晶体的寿命。
2019-01-09 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Floquet systems with continuous dynamical symmetries: characterization, time-dependent Noether charge, and solvability
本研究提出利用连续动力学对称性系统求解Floquet态，通过有限维本征值问题获得全部态，并揭示含时Noether荷的守恒性，在Rabi模型等中验证了避免准能量杂化的机制。
2024-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Topological energy pumping in a quasi-periodically driven four-level system
SISSA（的里雅斯特国际高等研究学校）；Harish-Chandra Research Institute, a CI of Homi Bhabha National Institute（哈里什-昌德拉研究所，霍米·巴哈国家研究所下属中心）；Department of Physics, BITS Pilani-Hyderabad Campus（比拉理工学院海得拉巴校区物理系）
研究准周期驱动四能级系统实现二维合成Floquet晶格，揭示拓扑能量泵送机制，发现能量交换速率受自旋-轨道耦合影响，通过计算自旋陈数验证边缘模式存在。
2026-05-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Chimera Time-Crystalline order in quantum spin networks
众所周知，对称性在我们对自然的理解中起着深远的作用，并且是实现先进技术的关键设计概念。事实上，许多与物质不同相态相关的破缺态出现在各种量子技术应用中。这种对称性通常在空间维度上被打破，然而它们也可以在时间上被打破，从而导致离散时间对称性及其相关晶体的概念。离散时间晶体（DTC）是一种新的物质状态出现在量子驱动的量子系统。通常情况下，他们已经研究假设在整个系统中具有均匀旋转误差的单独控制操作。在这项工作中，我们探索了一个新的范式所产生的非均匀旋转误差，两个显着不同的阶段的物质共存于明确定义的空间区域。我们考虑一个具有长程相互作用的量子自旋网络，其中不同的驱动操作作用于该网络的不同区域。由于其固有的对称性，系统中的一个区域是DTC，而第二个区域是铁磁。我们设想我们的工作开辟了一条新的研究途径，即两种不同的相共存于空间中的物质的嵌合体相。
2021-02-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Distinct Floquet topological classifications from color-decorated frequency lattices with space-time symmetries
本文研究了在动态时空对称性下 Floquet 系统的反常拓扑零模，提出基于颜色修饰频率晶格的频域分类方法，揭示了不同能隙处的拓扑分类由上同调群的挠积描述。
2023-05-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing symmetries of quantum many-body systems through gap ratio statistics
连续能级之间的间隙比的统计是一种广泛使用的工具，特别是在多体物理学的背景下，以区分混沌和可积系统，分别由随机矩阵的高斯系综和泊松统计描述。在这项工作中，我们扩展的间隙比分布P（r）的情况下，离散对称性的研究。这一点很重要，因为在某些情况下，将模型分成对称扇区可能是非常不切实际或不可能的，更不用说在对称性首先未知的情况下了。从高斯系综中猜想的已知表达式出发，推导出由若干独立块组成的随机矩阵的解析猜想。我们检查我们的公式对模拟从大随机矩阵，表现出良好的协议。然后，我们提出了一个大的应用程序在多体物理学，从量子时钟模型和任意子链的自旋驱动系统。在所有这些模型中，对称性的存在（有时是隐藏的）可以通过研究谱隙比来诊断，我们的方法是一种有效的方法来表征独立对称子空间的数量和大小。最后，我们讨论了我们的分析在文献中现有的结果的相关性，以及它的实际用途，并指出未来可能的应用和扩展。
2022-02-25 cond-mat.dis-nn quant-ph
Signatures of discrete time-crystallinity in transport through an open Fermionic chain
离散时间晶体是周期性驱动的量子多体系统，具有破缺的离散时间平移对称性，代表量子粒子运动的自组织的非平衡稳态。离散的时间结晶顺序的观测目前仅限于磁光实验。至关重要的是，在连接到外部电极的系统上进行的传输实验中从未观察到这种现象。在这里，我们证明了离散的时间晶体和准晶体生存的一个非常一般的类的环境对应于单粒子的增益和损失，通过系统电极耦合在实验相关的时间尺度。使用动力学对称性，我们分析确定的条件，观察时间晶体的行为，在一个周期性驱动的开放费米哈伯德链连接到电极。值得注意的是，自旋极化输运电流直接表明了时间结晶行为的存在。我们的发现在当今的量子点阵列和光晶格中的费米超冷原子实验中得到了验证。
2022-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Topological Quantum Walk with Discrete Time-Glide Symmetry
本文将量子行走的幺正演化步表述为离散时空对称性，研究手性与时间滑移对称保护的拓扑相，并通过二维模型揭示不同于传统 Floquet 系统的分类及反常边缘态。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Driven-Dissipative Dynamics of Atomic Ensembles in a Resonant Cavity I: Nonequilibrium Phase Diagram and Periodically Modulated Superradiance
研究了拉曼激光非相干泵浦下耦合到坏腔中的两个原子系综（或等价的原子钟）的动力学行为。我们的主要结果是在两个参数-时钟和再泵浦速率之间的失谐的实验装置的非平衡相图。有三个主要阶段-平凡的稳态（阶段I），其中所有原子被最大限度地泵浦，对应于单色超辐射的非平凡稳态（阶段II）和调幅超辐射（阶段III）。相I和II是平均场动力学的不动点，而在大多数相III稳定吸引子是极限环。运动方程具有轴对称性和关于两个时钟互换的$\mathbb{Z}_{2}$对称性。这些对称性中的一个或两个在不同的阶段自发地被打破。平凡的稳态通过超临界Hopf分支导致$\mathbb{Z}_{2}$对称极限环而失去稳定性。非平凡的稳态通过一个亚临界的Hopf分岔负责共存的单色和调幅超辐射。利用Floquet分析，我们证明了$\mathbb{Z}_{2}$ -对称极限环最终会变得不稳定，并通过超临界分叉产生两个$\mathbb{Z}_{2}$ -非对称极限环.上述吸引子中的每一个在从腔辐射的光的功率谱中具有其自己的独特指纹。特别是，第三阶段的极限环会发出频率梳-一系列等距的峰值，其中频率梳的对称性反映了潜在极限环的对称性。对于典型的实验参数，峰之间的间距是几个数量级小于单色超辐射频率，使激光频率高度可调。
2019-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas nlin.CD
Periodic Thermodynamics of Open Quantum Systems
发展了耦合到周期性调制热浴和工作库的量子系统的热力学。通过确定亲和力和通量，第一和第二定律制定一致。在线性响应状态下，熵产生在亲和力中变成二次形式。专门Lindblad动力学，我们确定了相应的动力学系数的未扰动动力学的关联函数。互易关系是从关于时间反演的对称性中得出的。动力学系数可以分为经典的和量子的贡献受到一个新的约束，这是从一个自然的细致平衡条件。这个约束意味着量子热机的效率和功率的普遍界限。特别是，我们表明，卡诺效率不能达到时，量子相干性的影响，即，当用于功提取的哈密尔顿算子与裸系统哈密尔顿算子不对易时。为了说明，我们专门我们的通用结果，以驱动两个层次的系统与正弦调制温度的热浴接触。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Compact localized states and flat bands from local symmetry partitioning
我们提出了一个框架之间的连接的局部对称性的离散哈密顿和设计紧凑的局域化状态。这种紧凑的本地化状态用于创建可调的，本地的能量连续体和平坦的能带中的周期性重复的局部对称性在一个和两个二维晶格中的局部的Bondy诱导的束缚态。该框架是基于图论中的最新定理，在这里被用来获得一个块分区的哈密顿诱导的对称性下的一个给定的系统的本地站点排列。哈密顿量的对角化从而减少到寻找更小的矩阵的本征谱，本征向量自动分为紧凑的本地化和扩展状态。我们区分的局部对称操作，与哈密尔顿交换，和那些不交换，由于不对称耦合到周围的网站。虽然有价值的计算工具，多功能的离散系统与局部对称结构，该方法提供了特别是一个统一的，直观的，有效的路线，灵活的设计紧凑的本地化状态在所需的能量。
2018-02-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall quant-ph
Floquet Phases of Matter via Classical Prethermalization
我们表明，prethermal制度的周期性驱动（Floquet），经典的多体系统可以主机非平衡相的物质。特别是，我们表明，存在一个有效的哈密顿，捕获的动力学合奏的经典轨迹，尽管这种描述在单轨迹水平的故障。此外，我们证明了有效的哈密顿量可以主机紧急对称性保护的离散时间平移对称性的驱动器。这种突现对称性的自发破缺导致了一种次谐波响应，这是时间水晶秩序的特征，它在驱动频率中以指数方式存活到晚期。为此，我们用数值方法证明了具有不同维度和相互作用范围的系统中经典预热时间晶体的存在。扩展到更高的顺序和分数时间晶体进行了讨论。
2021-10-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Floquet Prethermal Phase Protected by U(1) Symmetry on a Superconducting Quantum Processor
周期驱动系统，或Floquet系统，表现出许多新的动力学和有趣的物质的平衡相。量子系统的对称性，如整体$U(1)$对称性所产生的相位，甚至可以表现出具有保序性的动力学稳定性。在这里，我们通过在超导量子处理器上进行数字-模拟量子模拟，实验证明了一个$U(1)$的安全保护预热阶段。这一阶段的动态稳定性揭示了其对外部扰动的鲁棒性。我们还发现，在这个阶段的自旋玻璃序参量是稳定的自旋之间的相互作用。我们的工作揭示了一个很好的前景，发现涌现的量子动力学相位与数字模拟量子模拟器。
2021-07-15 quant-ph
Perturbative Framework for Engineering Arbitrary Floquet Hamiltonian
基于Floquet-Magnus展开发展微扰框架，通过添加高阶驱动势抑制误差，实现任意目标哈密顿量的工程化，并应用于多组分猫态简并本征态，支持容错玻色子量子计算。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.app-ph
Uncovering Local Integrability in Quantum Many-Body Dynamics
本文利用最多124个可编程量子比特研究周期驱动自旋晶格，通过重构隐藏的局域运动积分算符，揭示无序诱导局域化区域中的可积动力学。
2025-03-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el quant-ph
