散射实验是探索基础物理的成熟工具。特别是,碰撞实验可以产生高能和稀有粒子,从而研究它们的相互作用。对此类过程的解释需要精确的理论预测,而这往往涉及无法从图解微扰论中提取的贡献。例如,对于强子碰撞就是这种情况,量子色动力学 (QCD) 的非微扰效应可能发挥重要作用 [1]。解决此类非微扰区域的最有力工具是格点规范理论 (LGT),即规范场论的离散形式 [2]。使用量子蒙特卡罗 [3,4] 等先进的数值方法,LGT 已经能够成功探索强耦合现象,例如 QCD 中的强子谱,但实时动态是一个挑战。尽管最近取得了进展 [5],但目前还无法精确计算散射过程,这也是促使人们寻找替代技术的原因之一 [6]。近年来,量子方法揭示了探索基础物理的潜在替代方法(参见 [7 – 13] 的评论)。他们的核心重点是 LGT,它似乎也是对
超导技术利用超导体材料的零电阻特性,引起了人们的极大理论和实践兴趣,其应用范围涵盖量子计算、超高精度传感和量子计量等领域。这些领域的关键现象是约瑟夫森效应,即量子隧穿超电流在两个超导电极之间流动的能力。这种效应已被用于构建超导量子干涉装置 (SQUID),可用作最先进的电磁 (EM) 信号传感器。最近,几种新型 SQUID 设备已显示出在国防/医疗应用方面的巨大潜力,例如,用于捕获和分析用于通信的信号。到目前为止,电路模型已被用来模拟这些设备的性能,但这些模型在某种程度上受到限制。因此,通过利用超导性的新有效场论,如现象学金兹堡-朗道形式或非平衡统计力学方法,该项目将开发和实施一类新的微观模型。这反过来又可以用来验证更复杂设备的行为。
1 路易斯安那州立大学赫恩理论物理研究所和物理与天文系,路易斯安那州巴吞鲁日 70803,美国。2 复旦大学物理系、场论与粒子物理中心和纳米电子器件与量子计算研究所,上海 200433,中国 3 复旦大学表面物理国家重点实验室,上海 200433,中国 4 鹏程实验室量子计算中心,深圳 518066,中国 5 佛罗里达大西洋大学物理系,777 Glades Road,博卡拉顿,FL 33431,美国 6 上海纽约大学-华东师范大学物理研究所,上海市中山北路 3663 号,200062,中国。 7 中国科学技术大学中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室,中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心,上海 201315。8 日本国立信息通信技术研究所,东京 184-8795 小金井市贯井北町 4-2-1,日本 9 埃尔朗根-纽伦堡大学量子引力研究所,Staudtstr. 7/B2,91058 埃尔朗根,德国
理解非平衡量子动力学的一个有力视角是通过其纠缠内容的时间演化。然而,除了纠缠熵的一些指导原则外,迄今为止,人们对纠缠传播的精细特性知之甚少。在这里,我们从纠缠汉密尔顿量的角度揭示了纠缠演化和信息非平衡传播的特征。我们使用最先进的数值技术结合共形场论研究了原型 Bose-Hubbard 模型的量子猝灭动力学。在达到平衡之前,发现纠缠汉密尔顿量中出现了一个电流算子,这意味着纠缠扩散是由粒子流携带的。在长时间极限下,子系统进入稳定阶段,这可以通过纠缠汉密尔顿量动态收敛到热系综的期望来证明。重要的是,稳定状态下的纠缠温度在空间上是独立的,这提供了平衡的直观特征。这些发现不仅为平衡统计力学如何在多体动力学中出现提供了重要信息,而且为从纠缠哈密顿量的角度探索量子动力学提供了工具。
其中 ¯E 和 ω 分别是状态 i 和 j 的平均能量和能量差。矩阵 R ij 由无规则的一阶数组成,这些数在统计上具有零均值和单位方差。在任何具有固定哈密顿量的给定量子系统中,它们都是通过对哈密顿量进行对角化获得的确定数。然而,对于计算高能态简单算子的少点相关函数而言,这些微观细节是无关紧要的,将 R ij 视为真随机变量即可。这种随机性与量子混沌系统与随机矩阵理论之间的联系紧密相关(详情见[3])。通过全息对偶性,引力物理学对混沌量子系统随机性有了新的认识[4]。如果手头的混沌量子系统是一个大 N 、强耦合的共形场论(即全息 CFT),边界量子系统的热化与引力对偶中的黑洞形成有关 [ 5 – 8 ] 。事实上,这两个过程中明显的幺正性丧失是密切相关的,理解其中一个将有助于理解另一个。事实上,正是出于这个原因,量子热化已经在全息摄影的背景下进行了讨论(例如参见 [ 9 – 20 ] )。
摘要 我们提出了一种将物质场与高阶网络(即细胞复合体)上的离散几何耦合的理论。该方法的关键思想是将高阶网络与其度量的量子熵相关联。具体来说,我们提出了一个具有两个贡献的作用。第一个贡献与度量与高阶网络相关联的体积的对数成正比。在真空中,这个贡献决定了几何的熵。第二个贡献是高阶网络的度量与物质和规范场诱导的度量之间的量子相对熵。诱导度量根据拓扑旋量和离散狄拉克算子定义。定义在节点、边和高维细胞上的拓扑旋量为物质场编码。离散狄拉克算子作用于拓扑旋量,并通过最小替换的离散版本依赖于高阶网络的度量和规范场。我们推导了度量场、物质场和规范场的耦合动力学方程,提供了在离散弯曲空间中获取场论方程的信息论原理。
其中 ¯E 和 ω 分别是状态 i 和 j 的平均能量和能量差。矩阵 R ij 由无规则的一阶数组成,这些数在统计上具有零均值和单位方差。在任何具有固定哈密顿量的给定量子系统中,它们都是通过对哈密顿量进行对角化获得的确定数。然而,对于计算高能态简单算子的少点相关函数而言,这些微观细节是无关紧要的,将 R ij 视为真随机变量即可。这种随机性与量子混沌系统与随机矩阵理论之间的联系紧密相关(详情见[3])。通过全息对偶性,引力物理学对混沌量子系统随机性有了新的认识[4]。如果手头的混沌量子系统是一个大 N 、强耦合的共形场论(即全息 CFT),边界量子系统的热化与引力对偶中的黑洞形成有关 [ 5 – 8 ] 。事实上,这两个过程中明显的幺正性丧失是密切相关的,理解其中一个将有助于理解另一个。事实上,正是出于这个原因,量子热化已经在全息摄影的背景下进行了讨论(例如参见 [ 9 – 20 ] )。
我们研究了 (Haar) 随机幺正量子电路中投影测量引起的纠缠跃迁的临界行为。使用复制方法,我们将此类电路中纠缠熵的计算映射到二维统计力学模型上。在这种语言中,面积到体积定律纠缠跃迁可以解释为统计力学模型中的有序跃迁。我们使用共形不变性推导出跃迁附近的纠缠熵和互信息的一般缩放特性。我们详细分析了统计力学模型映射到渗流的无限现场希尔伯特空间维度的极限。具体来说,我们使用描述二维渗流临界理论的共形场论的相对较新的结果,计算了子系统大小对数在 n ≥ 1 的 n 次 R'enyi 熵中的普适系数的精确值,并讨论了如何从这个极限访问有限现场希尔伯特空间维度的通用转换,这与二维渗流属于不同的普适性类。我们还评论了与先前在参考文献 1 中研究过的随机张量网络中纠缠转换的关系。
最近,Kostelecký 和 Samuel [1] 证明,在弦场论的背景下,当扰动弦真空不稳定时,由张量场控制的洛伦兹对称性 (LS) 破坏是自然的。Carroll 等人 [2] 在电动力学的背景下,研究了在修正的陈-西蒙斯拉格朗日空间中,即在 (3 + 1) 维中,存在背景矢量场的理论和观察结果,这种空间保持了规范对称性,但破坏了洛伦兹对称性。这些研究的目的之一是扩展可能涉及 LS 破坏的理论和模型,以寻找可以回答通常物理学无法回答的问题的基础物理理论。从这个意义上讲,标准模型 (SM) 已成为这些扩展的目标,这些扩展以 LS 破坏为特征,最终形成了我们今天所知道的扩展标准模型 (ESM) [3, 4]。近年来,LS 破坏已在物理学的各个分支领域得到广泛研究,例如磁矩产生 [5]、Rashba 自旋轨道相互作用 [6]、Maxwell-Chern-Simons 涡旋 [7]、涡旋状结构 [8]、卡西米尔效应 [9, 10]、宇宙学
近年来,出现了许多论文讨论不同模型(如 CFT、结点理论等)的 magic 和 mana 属性 [1–3]。这些量表征此类模型中定义的某种量子力学状态与 Clifferd 群元素的距离 [4]。根据 Gottesmann-Knill 定理 [5],Clifferd 群元素可以在经典计算机上进行有效建模。因此,有人声称“magic”实际上是某种状态的非经典性,而 mana 则衡量这种非经典性。如果结合量子计算讨论这些属性,这些属性可能很重要。Gottesman-Knill 定理基于以下事实:Clifferd 群是所研究群 G 的一个有限子群,而 G 是几个 SU(N) 的张量积。然而,它并不是唯一的有限子群。对于同一个群 G ,可以定义无数个这样的子群。其中,克利福德群的定义性质是它与 sigma 矩阵的联系。从量子计算的角度来看,没有必要要求这一点。因此,根据想要向量子计算机呈现的问题集,可以对 mana 进行不同的定义。我们认为 mana 实际上是一种相对属性,而不是绝对属性。在本文中,我们将介绍克利福德群的通常定义方式以及如何对其进行修改以获得其他有限子群。我们将应用这个新的 mana 定义来研究结点状态。结点理论是一个被广泛研究的课题,与其他理论有很多关系。其中,结点理论与量子计算之间存在联系,它既提供了使用量子算法计算结点多项式的方法,也提供了将量子算法描述为有效拓扑场论中的一些结点配置 [14]- [19]。这涉及通过 Reshetikhin-Turaev 算法 [6]- [13] 使用酉矩阵计算结点。具体来说,对于某些特定的结点系列,任何量子算法都可以描述为一系列结点的连续近似 [18,19]。然而,在本文中,我们讨论了结点理论的不同方法。法力和魔法是量子态(密度矩阵)的属性,而不是酉运算。有一种方法可以定义对应于结点的量子态 [2],使用拓扑场论的思想 [20,21]。这个密度矩阵的矩阵元素由特殊点处的结点多项式构成。因此,这种状态的经典性为我们提供了有关如何在经典计算机上计算这些结点不变量的一些信息。论文组织如下。在第 2 章中,我们定义了 Clifferd 群,它是 SU ( N ) 群的一个有限子群。在第 3 章中,我们提供了 mana 的定义,就像其他关于该主题的论文(如 [1–3])中给出的那样。在第 4 章中,我们讨论了 mana 定义中的歧义,并展示了如何修改定义以给出与 SU ( N ) 的不同有限子群相关的 mana。在第 4 章中,我们根据 [2,20,21] 定义了描述不同结的量子力学状态。在第 5 章中,我们研究了结状态下的 mana 是什么样子,以及如何通过不同的 mana 定义来改变它。