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Lograr el límite de la teoría cuántica de campos en modelos de enlace cuántico lejos del equilibrio

Marca de tiempo: 19 de diciembre de 2022 10:10 a.m.

Jad C Halimeh1, Maarten Van Damme2, Torsten V. Zaché3,4, Debasish Banerjee5y Philipp Hauke1

1Centro y Departamento de Física INO-CNR BEC, Universidad de Trento, Via Sommarive 14, I-38123 Trento, Italia
2Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Gante, Krijgslaan 281, 9000 Gent, Bélgica
3Centro de Física Cuántica, Universidad de Innsbruck, 6020 Innsbruck, Austria
4Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria, 6020 Innsbruck, Austria
5División de Teoría, Instituto Saha de Física Nuclear, HBNI, 1/AF Bidhan Nagar, Kolkata 700064, India

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Resumen

Las realizaciones de las teorías de calibre en configuraciones de materia sintética cuántica abren la posibilidad de investigar fenómenos exóticos destacados en materia condensada y física de alta energía, junto con aplicaciones potenciales en tecnologías de la ciencia y la información cuántica. A la luz de los impresionantes esfuerzos en curso para lograr tales realizaciones, una pregunta fundamental con respecto a las regularizaciones del modelo de enlace cuántico de las teorías de calibre de celosía es qué tan fielmente capturan el límite de la teoría cuántica de campo de las teorías de calibre. Trabajo reciente [79] ha demostrado a través de derivaciones analíticas, diagonalización exacta y cálculos de estado de producto de matriz infinita que la física de baja energía de $1+1$D $mathrm{U}(1)$ modelos de enlace cuántico se acerca al límite de la teoría cuántica de campo ya en enlace pequeño longitud de giro $S$. Aquí, mostramos que la aproximación a este límite también se presta a la dinámica de amortiguamiento lejos del equilibrio de las teorías de calibre reticular, como lo demuestran nuestras simulaciones numéricas de la tasa de retorno de Loschmidt y el condensado quiral en estados de productos de matriz infinitos, que funcionan directamente en el límite termodinámico. De manera similar a nuestros hallazgos en equilibrio que muestran un comportamiento distinto entre las longitudes de espín del espín medio entero y entero, encontramos que la criticidad que emerge en la tasa de retorno de Loschmidt es fundamentalmente diferente entre los modelos de enlace cuántico de espín medio entero y entero en el régimen de fuerte tensión eléctrica. -acoplamiento de campo. Nuestros resultados afirman además que las implementaciones de dispositivos NISQ y átomos ultrafríos de tamaño finito de última generación de las teorías de calibre de red de enlace cuántico tienen el potencial real para simular su límite de teoría de campo cuántico incluso en el régimen lejos del equilibrio.

Imagen destacada: Dinámica de extinción en el modelo de enlace cuántico spin-$S$ $mathrm{U}(1)$ en el régimen de acoplamiento débil dentro del sector objetivo de la ley de Gauss. Los resultados se obtienen a partir de la técnica del estado del producto de matrices infinitas. La evolución temporal de (a,b) la tasa de retorno y (c,d) el condensado quiral muestran convergencia rápida para (a,c) medio entero y (b,d) longitud de espín de enlace entero $S$, aunque el caso del entero $S$ muestra una convergencia más rápida en general que el caso del medio entero $S$. Tanto la tasa de retorno convergente como el condensado quiral muestran una buena concordancia cuantitativa para el medio entero y el entero $S$, como lo demuestran las líneas negras punteadas para $S=4$ en (a,c) [tomadas respectivamente de (b,d )] y para $S=7/2$ en (b,d) [tomados respectivamente de (a,c)]. La aproximación al límite termodinámico en la dinámica de extinción del condensado quiral en el régimen de acoplamiento débil para longitudes de espín de enlace (e) $S=7/2$ y (f) $S=4$. Los resultados de tamaño finito se obtienen de la diagonalización exacta, mientras que los del límite termodinámico se calculan utilizando la técnica de estado del producto de matriz infinita. En este sector objetivo, vemos una convergencia mucho más rápida al límite termodinámico para enteros que para semienteros $S$.

Resumen popular

La simulación cuántica de las teorías de calibre de red ofrece una prueba de física de partículas que es complementaria a las configuraciones dedicadas de alta energía como el LHC. A los efectos de la viabilidad experimental, los campos de calibre y eléctrico, que son de dimensión infinita en la electrodinámica cuántica (QED), se representan mediante operadores de espín-$S$. Esta formulación del modelo de enlace cuántico (QLM) de QED se puede implementar en las plataformas actuales de átomos fríos para valores pequeños de $S$. Una pregunta importante es qué tan bien estos QLM giratorios $S$ capturan la física del límite QED $Stoinfty$. Utilizando extensos cálculos de estado de producto de matriz uniforme y diagonalización exacta, mostramos que la dinámica de extinción lejos del equilibrio de los observables locales y globales de interés en los QLM de espín $ S $ se acerca rápidamente al límite QED ya en valores pequeños de $ S $. Esto indica que las plataformas de simulación cuántica de última generación pueden investigar adecuadamente los fenómenos alejados del equilibrio relevantes para QED ya en los pequeños valores de $ S $ que pueden alcanzar actualmente.

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Citado por

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[2] Zhao-Yu Zhou, Guo-Xian Su, Jad C. Halimeh, Robert Ott, Hui Sun, Philipp Hauke, Bing Yang, Zhen-Sheng Yuan, Jürgen Berges y Jian-Wei Pan, “Thermalization dynamics of a gauge teoría en un simulador cuántico”, Ciencia 377 6603, 311 (2022).

[3] Torsten V. Zache, Maarten Van Damme, Jad C. Halimeh, Philipp Hauke ​​y Debasish Banerjee, "Hacia el límite continuo de un modelo de Schwinger de enlace cuántico (1 +1) D", Revisión física D 106 9, L091502 (2022).

[4] Jad C. Halimeh, Ian P. McCulloch, Bing Yang y Philipp Hauke, "Ajuste del ángulo θ topológico en simuladores cuánticos de átomos fríos de teorías de calibre", PRX Cuántico 3 4, 040316 (2022).

[5] Haifeng Lang, Philipp Hauke, Johannes Knolle, Fabian Grusdt y Jad C. Halimeh, "Localización sin desorden con protección de calibre Stark", Revisión física B 106 17, 174305 (2022).

[6] Maarten Van Damme, Torsten V. Zache, Debasish Banerjee, Philipp Hauke ​​y Jad C. Halimeh, "Transiciones de fase cuántica dinámica en modelos de enlace cuántico spin-S U (1)", Revisión física B 106 24, 245110 (2022).

[7] Rasmus Berg Jensen, Simon Panyella Pedersen y Nikolaj Thomas Zinner, "Transiciones de fase cuánticas dinámicas en una teoría de calibre de celosía ruidosa", Revisión física B 105 22, 224309 (2022).

[8] Jad C. Halimeh y Philipp Hauke, "Teorías de calibre estabilizador en simuladores cuánticos: una breve revisión", arXiv: 2204.13709.

Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2022-12-20 03:48:12). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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