論文の概要: Quantum scars and bulk coherence in a symmetry-protected topological phase

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.15880v3
• Date: Thu, 29 Jul 2021 15:22:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-06 05:51:02.470860
• Title: Quantum scars and bulk coherence in a symmetry-protected topological phase
• Title（参考訳）: 対称性保護位相相における量子スカーとバルクコヒーレンス
• Authors: Jared Jeyaretnam, Jonas Richter, Arijeet Pal
• Abstract要約: 保護トポロジカル(SPT)相における多体傷の存在とバルクコヒーレンスとの関連について述べる。 容積法則エンタングルメントを持つ固有状態が領域法則エンタングルド固有状態と共存していることを示す。 我々の研究は、有限温度でのSPT秩序保存における量子多体傷の役割と、長寿命エッジモードの存在を超えてSPT秩序を持つモデルにおけるコヒーレントバルクダイナミクスの可能性に光を当てている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Formation of quantum scars in many-body systems provides a novel mechanism for enhancing coherence of weakly entangled states. At the same time, coherence of edge modes in certain symmetry protected topological (SPT) phases can persist away from the ground state. In this work we show the existence of many-body scars and their implications on bulk coherence in such an SPT phase. To this end, we study the eigenstate properties and the dynamics of an interacting spin-$1/2$ chain with three-site "cluster" terms hosting a $\mathbb{Z}_2 \times \mathbb{Z}_2$ SPT phase. Focusing on the weakly interacting regime, we find that eigenstates with volume-law entanglement coexist with area-law entangled eigenstates throughout the spectrum. We show that a subset of the latter can be constructed by virtue of repeated cluster excitations on the even or odd sublattice of the chain, resulting in an equidistant "tower" of states, analogous to the phenomenology of quantum many-body scars. We further demonstrate that these scarred eigenstates support nonthermal expectation values of local cluster operators in the bulk and exhibit signatures of topological order even at finite energy densities. Studying the dynamics for out-of-equilibrium states drawn from the noninteracting "cluster basis", we unveil that nonthermalizing bulk dynamics can be observed on long time scales if clusters on odd and even sites are energetically detuned. In this case, cluster excitations remain essentially confined to one of the two sublattices such that inhomogeneous cluster configurations cannot equilibrate and thermalization of the full system is impeded. Our work sheds light on the role of quantum many-body scars in preserving SPT order at finite temperature and the possibility of coherent bulk dynamics in models with SPT order beyond the existence of long-lived edge modes.
• Abstract（参考訳）: 多体系における量子スカーの形成は、弱い絡み合った状態のコヒーレンスを強化する新しいメカニズムを提供する。 同時に、特定の対称性で保護された位相(SPT)位相におけるエッジモードのコヒーレンスは基底状態から遠ざかることができる。 本研究では,多体傷の存在とそのSPT相におけるバルクコヒーレンスへの影響を示す。 この目的のために、相互作用するスピン-1/2$鎖と、$\mathbb{Z}_2 \times \mathbb{Z}_2$ SPT相をホストする3つの「クラスター」項の固有状態の性質とダイナミクスについて研究する。 弱い相互作用状態に着目して、体積則エンタングルメントを持つ固有状態がスペクトル全体にわたって領域則エンタングル固有状態と共存していることを見いだす。 後者の部分集合は、鎖の偶または奇な部分格子上の繰り返しのクラスター励起によって構成され、量子多体傷の現象論に類似した状態の等距離な「塔」が得られることを示した。 さらに,これらの傷ついた固有状態が局所クラスター作用素の非熱的期待値をサポートし,有限エネルギー密度においても位相次数のシグネチャを示すことを示した。 非相互作用的「クラスター基底」から導かれる平衡状態のダイナミクスを研究することで、奇数点および偶数点のクラスターがエネルギー的にデチューンされた場合、非熱的バルクダイナミクスが長時間スケールで観測できることを明らかにした。 この場合、クラスター励起は本質的に2つの部分格子の1つに制限され、不均質なクラスター配置は平衡をとれず、全系の熱化が阻害される。 我々の研究は、有限温度でのSPT秩序保存における量子多体傷の役割と、長寿命エッジモード以上のSPT秩序を持つモデルにおけるコヒーレントバルクダイナミクスの可能性に光を当てている。

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