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Role of non-Markovian dissipation in quantum phase transitions: Tricriticality, spin squeezing, and directional symmetry breaking

Debecker, Baptiste und Pausch, Lukas und Louvet, Jonathan und Bastin, Thierry und Martin, John und Damanet, François (2025) Role of non-Markovian dissipation in quantum phase transitions: Tricriticality, spin squeezing, and directional symmetry breaking. Physical Review A, 112 (1), 012210. American Physical Society. doi: 10.1103/4wq2-wyh4. ISSN 2469-9926.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/4wq2-wyh4

Kurzfassung

Understanding how to control phase transitions in quantum systems is at the forefront of research for the development of new quantum materials and technologies. Here, we study how the coupling of a quantum system to a non-Markovian environment, i.e., an environment with a frequency-dependent spectral density inducing memory effects, can be used to generate and reshape phase transitions and squeezing in matter phases. Focusing on a Lipkin-Meshkov-Glick model, we demonstrate that non-Markovian dissipation can be leveraged to engineer tricriticality via the fusion of second-order and first-order critical points. We identify phases that arise from different ways of breaking the single weak symmetry of our model, which led us to examine an alternative concept of directional spontaneous symmetry breaking (DSSB) as a general framework to understand this phenomenon. We show that signatures of DSSB can be seen in the emergence of spin squeezing along different directions, and that the latter is controllable via non-Markovian effects, opening up possibilities for applications in quantum metrology. Finally, we propose an experimental implementation of our non-Markovian model in cavity QED. Our work features non-Markovianity as a resource for controlling phase transitions in general systems, and highlights shortcomings of the Markovian limit in this context.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214865/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Role of non-Markovian dissipation in quantum phase transitions: Tricriticality, spin squeezing, and directional symmetry breaking
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Debecker, BaptisteUniversité de LiègeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pausch, Lukaslukas.pausch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9859-6660188303416
Louvet, JonathanUniversité de LiègeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bastin, ThierryUniversité de LiègeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Martin, JohnUniversité de LiègeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Damanet, FrançoisUniversité de LiègeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Juli 2025
Erschienen in:Physical Review A
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:112
DOI:10.1103/4wq2-wyh4
Seitenbereich:012210
Verlag:American Physical Society
ISSN:2469-9926
Status:veröffentlicht
Stichwörter:open quantum systems, dissipative phase transition, symmetry breaking, quantum metrology, quantum optics, memoryless environment, memory effects
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Quantencomputing-Initiative
DLR - Forschungsgebiet:QC AW - Anwendungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):QC - QuTeNet
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Quanteninformation und -Kommunikation
Hinterlegt von: Pausch, Lukas
Hinterlegt am:21 Jul 2025 11:13
Letzte Änderung:21 Jul 2025 11:13

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