分数量子霍尔 (FQH) 相是由于强电子相互作用而出现的,其特征是任意子准粒子,每个准粒子都具有独特的拓扑参数、分数电荷和统计数据。相反,整数量子霍尔 (IQH) 效应可以从非相互作用电子的能带拓扑中理解。我们报告了所有 FQH 和 IQH 跃迁中临界行为的令人惊讶的超普适性。与预期的状态相关临界指数相反,我们的研究结果表明,对于分数和整数量子霍尔跃迁,临界标度指数 κ = 0.41 ± 0.02 和局域长度指数 γ = 2.4 ± 0.2 相同。从中,我们提取了动力学指数 z ≈ 1 的值。我们已经在超高迁移率三层石墨烯器件中实现了这一点,其中金属屏蔽层靠近传导通道。在之前的研究中,由于在传统半导体异质结构中 κ 的测量值存在显著的样本间差异,而长程关联无序占主导地位,因此在各种量子霍尔相变中观察到的这些全局临界指数被掩盖了。我们表明,稳健的标度指数在短程无序关联的极限下是有效的。
• 自旋系统中的相变:介绍和基本现象学 • 普遍性和临界指数;空间维数的作用 • 韦斯平均场理论 • 朗道-金兹堡相变理论 • 一维伊辛模型的精确解 • 任意空间维度的近似方法 • 缩放假设 • 重正化群基本思想简介
我们发现了测量引起的相变的局部序参量:最初与系统纠缠的单个参考量子比特的平均熵。利用这个序参量,我们确定了可立即应用于高级量子计算平台的测量引起的临界性的可扩展探针。我们在 1 + 1 维稳定器电路模型上测试了我们的建议,该模型可以在多项式时间内进行经典模拟。我们引入了“解码光锥”的概念来建立此探针的局部和有效可测性。我们还估计了转变的体积和表面临界指数。在更一般的模型中开发测量引起的临界性的可扩展探针可能是嘈杂的中尺度量子设备的有用应用,并指向更高效的容错量子计算实现。
在本文中,我们研究了湍流环境下的对称性破缺。我们用两个例子展示了从对称状态到对称性破缺状态的转变:(1)随着流体层厚度的变化,二维流动向三维流动的转变;(2)随着磁雷诺数的变化,薄层流动中的发电机不稳定性。我们表明,这些例子具有相似的临界指数,但与平均场预测不同。临界行为可以与波动的乘法性质相关联,并且可以使用随机界面的统计特性结果在一定限度内进行预测。我们的结果表明,可能存在一类受乘法噪声控制的新型非平衡相变。
在存在化学势和温度的情况下,我们全息地研究了具有临界点的非共形量子场论中的子区域复杂性。我们提出了一种新的解释,根据这种解释,需要指定(更多)更少信息的状态表征(不)稳定的热力学解。我们分别观察到化学势和温度对全息子区域复杂性的增加和减少的影响。这两种相反的行为导致混合状态的子区域复杂性与零温度共形场论的该值相同。我们还提出了全息子区域复杂性的最小值和最大值(临界点附近的值)之间差异的新描述,作为进行计算工作的资源,以从远离临界点的状态准备接近临界点的状态。我们还计算了临界指数。
通用缩放定律控制跨越平衡连续相变时产生的拓扑缺陷的密度。kibble-zurek机制(KZM)预测了缓慢淬火的淬火时间的依赖性。相比之下,对于快速淬火,缺陷密度以淬火的幅度普遍尺度。我们表明,通用缩放定律适用于由振荡外部场驱动的动态相变。系统对周期电势场的能量响应的差异导致能量吸收,对称性的自发断裂及其恢复。我们验证了相关的通用缩放定律,提供了证据表明,可以通过与KZM结合的时间平均临界指数来描述非平衡相变的关键行为。我们的结果表明,临界动力学的普遍性超出了平衡关键性,从而促进了对复杂非平衡系统的理解。
摘要:具有微米孔的固体泡沫用于不同领域(过滤、3D 细胞培养等),但目前,控制其孔隙水平的泡沫几何形状、内部结构和单分散性以及机械性能仍然是一个挑战。现有的制造此类泡沫的尝试要么速度慢,要么尺寸受限(大于 80 μm)。在这项工作中,通过使用温度调节的微流体工艺,首次创建了具有高度单分散开放孔(PDI 低于 5%)的 3D 固体泡沫,其尺寸范围为 5 至 400 μm,刚度跨越 2 个数量级。这些特性为细胞培养、过滤、光学等领域的激动人心的应用开辟了道路。这里,重点放在光子学上。从数值上看,这些泡沫打开了三维完整光子带隙,临界指数为 2.80,因此与金红石 TiO 2 的使用兼容。在光子学领域,这种结构代表了第一个具有此功能的物理可实现的自组装 FCC(面心立方)结构。
可以使用有限尺寸缩放(FSS)分析确定相变的临界点和临界指数。此方法假定相变仅在有限尺寸限制中发生。然而,最近在有限尺寸系统中发生的量子相转变引起了很多兴趣,例如单个两级系统与单个骨模式相互作用,例如,在量子Rabi模型(QRM)中。由于这些相转换出现在有限的系统大小上,因此对于这些情况,传统的FSS方法是不适用的。对于这种情况,我们提出了一种替代FSS方法,其中系统的截断是在希尔伯特空间而不是物理空间中完成的。此方法先前已用于计算原子和分子系统电子结构配置的稳定性和对称性破坏的关键参数。我们使用此方法计算QRM的量子相变的临界点。我们还提供了一种协议,可以使用量子限制的玻尔兹曼机器算法在数字量子模拟器上实现此方法。我们的工作在研究量子器件上的量子相变的研究中为新的方向打开了方向。
在马尔可夫链蒙特卡罗方法中,不可逆马尔可夫链的表现优于可逆链。提升是一种在状态空间中引入净随机流并构造不可逆马尔可夫链的通用方法。这里我们介绍了提升技术在有向蠕虫算法中的应用。使用几何分配方法优化蠕虫更新的转移概率;最小化蠕虫反向散射概率,最大化破坏细节平衡的随机流。我们证明了对于四维超立方格子 Ising 模型,该算法的性能优于以前的蠕虫和聚类算法。本算法的采样效率分别约为标准蠕虫算法、Wolflucluster 算法和以前的提升蠕虫算法的 80、5 和 1.7 倍。我们估计了超立方格子Ising模型在蠕虫和Wolflucluster更新中的动态临界指数为z≈0。定向蠕虫算法的提升版本可以应用于各种量子系统以及经典系统。
当系统以独立准粒子为特征并假设“单激发”近似时,我们使用绝热微扰理论研究了量子相变过程中淬灭期间所做功的统计数据。结果表明,所有功的累积量都表现出类似于平均缺陷密度的 Kibble-Zurek 标度的通用标度行为。考虑了两种变换:两个有间隙相之间的淬灭,其中临界点穿过,以及在临界点附近结束的淬灭。与缺陷密度的标度行为相反,这两种淬灭的功累积量的标度行为在质量上有所不同。然而,在这两种情况下,相应的指数都完全由系统的维度和转变的临界指数决定,就像在传统的 Kibble-Zurek 机制 (KZM) 中一样。因此,我们的研究通过揭示 KZM 对工作统计的影响,加深了我们对量子相变的非平衡动力学的理解。