费米子多体量子系统的数值建模介绍了各个研究领域的类似challenges,需要使用通用工具,包括现状的机器学习技术。在这里,我们介绍了Solax,这是一个python库,旨在使用第二个量化的形式主义来计算和分析费米子量子系统。Solax提供了一个模块化框架,用于构建和操纵基础集,量子状态和操作员,促进电子结构的模拟并确定有限尺寸的Hilbert空间中的多体量子状态。库集成了机器学习能力,以减轻大量子群中希尔伯特空间尺寸的指数增长。使用最近开发的Python库Jax实现了核心低级功能。通过将其应用于单个杂质Anderson模型的应用,为研究人员提供了一种灵活而强大的工具,可用于应对各种领域的多体量子系统的挑战,包括原子物理学,量子化学和凝结物理学。
第1课:介绍,基本原理和假设。简介和简短的历史笔记。经典微观描述。宏观描述和可观察物。合奏和liouville定理的概念。量子配方和量子Liouville的定理。统计物理学的假设。附录:不可逆性:时间的箭头。动力学系统和偏僻的理论。合奏的构造:Boltzmann的统计物理学。统计物理学以平衡为止。第2课:合奏理论。微型典型合奏和熵。规范合奏。分区功能。稳定性。大规范合奏。附录:经典限制的量子效应。第3课:波动,合奏的等效性和热力学极限。动机。能量的规范波动。粒子数量中的大规范波动。热力学极限。附录:大规范的能量波动。第4课:经典的理想系统。定义。玻尔兹曼天然气。玻尔兹曼气体的规范分区功能和热力学。分子结构:旋转,振动和电子自由度。附录:量子力学中的刚性转子。第5课:理想量子气的简介。简介。量子不可区分:玻色子和费米子。理想的量子系统。比热。理想量子气的状态方程。 弱退化的量子理想气体。 第6课:退化费米子系统。 退化理想的费米斯气体:费米能。 在低温下的状态方程。 相对论的退化费米亚气:白矮星的Chandrasekhar模型。 原子的统计模型:Thomas-Fermi模型。 完全退化相对论费米斯气体。 金属中的电子气体。 理想费米斯气体的有效性范围。理想量子气的状态方程。弱退化的量子理想气体。第6课:退化费米子系统。退化理想的费米斯气体:费米能。在低温下的状态方程。相对论的退化费米亚气:白矮星的Chandrasekhar模型。原子的统计模型:Thomas-Fermi模型。完全退化相对论费米斯气体。金属中的电子气体。。
空间,包括10+1维的超弦。我们引入了超对称变换和超多重态的一些新表示。基于这些表示,分级李代数和各种公式(方程、对易关系、传播子、雅可比恒等式等)玻色子和费米子的数学特性可以统一。一方面,提出了粒子的数学特性:玻色子对应于实数,费米子对应于虚数,虚数只包含在费米子的方程、形式和矩阵中。这样的偶数(或奇数)费米子形成玻色子(或费米子),这正好符合虚数和实数之间的关系。它与相对论有关。另一方面,超对称的统一形式也与非线性方程统一的量子统计有关,并且可能违反泡利不相容原理(Chang,2014)。
空间,包括10+1维的超弦。我们引入了超对称变换和超多重态的一些新表示。基于这些表示,分级李代数和各种公式(方程、对易关系、传播子、雅可比恒等式等)玻色子和费米子的数学特性可以统一。一方面,提出了粒子的数学特性:玻色子对应于实数,费米子对应于虚数,虚数只包含在费米子的方程、形式和矩阵中。这样的偶数(或奇数)费米子形成玻色子(或费米子),这正好符合虚数和实数之间的关系。它与相对论有关。另一方面,超对称的统一形式也与非线性方程统一的量子统计有关,并且可能违反泡利不相容原理(Chang,2014)。
现代人们对占据空间有界区域的狄拉克费米子物理学的兴趣主要与新型先进材料有关,如拓扑绝缘体 (TI) - 参见评论 [1, 2] 和专著 [3]。TI 的许多令人兴奋的物理现象归因于表面模式的存在,它们也是狄拉克费米子,尽管少一维。假设 3 + 1 维流形中的狄拉克费米子具有一定数量的表面模式。我们真的能通过观察边界看到这些模式吗?与光子的相互作用由费米子的极化张量定义。因此,我们可以将这个问题重新表述为:3 + 1 维极化张量的边界部分与 2 + 1 维费米子的极化张量之间有什么关系?人们通常认为后者至少可以很好地近似前者,参见[4–6]。
多体系统(微观和宏观)中的统计涨落对物理学有着非常重要的作用,因为它们编码了关于可能的相变、耗散和聚集现象的关键信息[1-6]。涨落的一个尚未开发的新特征是,在量子效应变得重要的情况下,小系统的涨落会增加。我们在最近的两篇论文[7、8]中定量分析了这种影响,在这些论文中,我们讨论了玻色子和费米子热气体中能量密度的涨落。我们的结果表明,在描述重离子碰撞时,相对论流体动力学中使用的流体元素概念存在局限性。当子系统的尺寸降至约0.5 fm以下时,能量密度涨落(对于温度和粒子质量的典型值)变得如此之大,以至于它们与它们的平均值相当。在这种情况下,具有明确能量密度的流体单元的物理图像变得不合理。我们
1 de toulouse大学,Insa-CNRS-UPS,LPCNO,135 AV。Rangueil, 31077 Toulouse, France 2 Centre d'Elaboration des Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR8011 CNRS, Université Toulouse 3, 31055 Toulouse, France E-mail: lassagne@insa-toulouse.fr Graphene-based Hall effect magnetic field sensors hold great promise for the development of ultrasensitive magnetometers with very low power 消耗。经常使用所谓的两通道模型对其性能进行分析,其中简单地添加了电子和孔电导率。不幸的是,该模型无法捕获所有传感器的特性,尤其是磁场灵敏度的偏置电流依赖性。在这里,我们提出了一个高级模型,该模型对基于石墨烯的霍尔传感器如何运行并证明其定量评估其性能的能力有深入的了解。首先,我们根据石墨烯的不同品质报告了传感器的制造,最好的设备可实现高达5000ω/𝑇的磁场敏感性,表现优于最佳的硅和基于窄间隙的半导体传感器。然后,我们使用所提出的数值模型详细检查了它们的性能,该模型将Boltzmann的形式主义与电子和孔的不同Fermi水平结合在一起,以及一种引入底物诱导的电子孔 - 水坑的新方法。重要的是,磁场灵敏度对偏置电流,无序,底物和霍尔杆几何形状的依赖性首次定量再现。此外,该模型强调,由于电流堆积物的出现和霍尔酒吧边缘附近的损耗区域的出现,具有电荷载体扩散长度宽度的设备受到偏置电流的影响很大,比常规HALL效应预测大得多。这些区域的形成诱导了横向扩散荷载载体通量,当Hall电场取消在Ambipolarememime中,能够抵消由Lorentz力诱导的载体。最后,我们讨论了Fermi Velocity Engineering如何增强传感器性能,为将来的超敏感石墨烯效果传感器铺平了道路。关键字:石墨烯,石墨烯霍尔传感器,磁场传感器,霍尔效应,玻尔兹曼形式主义,费米速度重新归一化,电子孔布丁
光子量子信息处理是量子技术的主要平台之一 1 – 5,它主要依靠光量子干涉来产生不可或缺的有效光子 - 光子相互作用。然而,由于光子的玻色子性质 7 和传统酉光学元件的受限相位响应 8、9,这种有效的相互作用从根本上局限于聚束 6。在这里,我们提出并通过实验证明了非酉超表面实现的光量子干涉的新自由度。由于独特的各向异性相位响应产生了两个极端的本征操作,我们展示了对两个单光子有效相互作用的动态和连续控制,使得它们表现出玻色子聚束、费米子反聚束或任意中间行为,超出了它们固有的玻色子性质。这种量子操作为基础的量子光物质相互作用和用于量子通信、量子模拟和量子计算的创新光子量子装置打开了大门。超材料是一种具有亚波长元素的结构化材料,可以实现自然界中无法找到的波响应。通过定制超材料,人们已经展示了诸如负折射率、亚衍射成像和隐形斗篷等前所未有的特性 10 – 13 。超表面(二维超材料)使我们能够利用平面光学任意定制经典光的波前和传播 14 – 18 。同时,光子是极好的量子信息载体,因为它们具有长相干时间、室温稳定性、易于操纵和光速信号传输。使用单光子源、分束器、移相器和单光子探测器的量子光子学一直是量子计算、量子模拟和量子通信的主要平台之一 1 – 5 。因此,将超材料无与伦比的光控制与量子光学相结合,可以带来量子信息应用的全新可能性 19 – 22 。光子量子信息处理应用(如线性光学量子计算 1 、玻色子采样 23、24、量子行走 25 和量子通信 26)的核心操作单元是量子双光子干涉 (QTPI)。分束器是此量子操作的关键元素。当两个无法区分的单光子同时到达 50:50 分束器的两个输入端口时,QTPI 表现为洪-欧-曼德尔 (HOM) 效应 6 。在原始的 HOM 实验中,两个光子总是聚集在一起,并以相同的输出离开分束器
fermions的合理量子信息理论必须尊重平价超级选择规则,以遵守相对论和无信号原则的特殊理论。该规则限制了任何量子状态在偶数和奇数式典型状态之间具有叠加的可能性。因此,它表征了一组物理允许的费米子量子状态。在这里,我们将物理允许的量子操作介绍了与奇偶校验超级选择规则一致的量子操作,该操作将允许的费米子状态映射到自身上。我们首先引入了费米金国家的统一和投射测量操作。我们将形式主义进一步扩展到一般量子操作,以STINESPRING膨胀,操作员-AM表示形式和公理性完全阳性跟踪的地图的形式。我们明确显示了费米子量子操作的这三个表示之间的等效性。我们讨论了我们在费米子系统中相关性表征的结果的可能含义。
与热浴耦合会导致存储的量子信息退相干。对于高斯费米子系统(线性或高斯光学的费米子模拟),这些动力学可以通过系统协方差矩阵的演化优雅而高效地描述。将系统和浴都视为高斯费米子,我们观察到退相干发生的速率与浴温度无关。此外,我们还考虑了动力学为马尔可夫的弱耦合状态。我们完全以协方差矩阵的语言对马尔可夫主方程进行了微观推导,其中温度独立性仍然明显。这与其他场景中看到的行为截然不同,例如当费米子与玻色子浴相互作用时。我们的分析适用于许多马约拉纳费米子系统,这些系统被誉为非常稳健、拓扑受保护的量子比特。在这些系统中,有人声称通过降低温度可以指数地抑制热退相干,但我们发现高斯退相干无法通过冷却消除。