論文の概要: Theory of robust quantum many-body scars in long-range interacting
systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.12504v2
- Date: Mon, 30 Oct 2023 19:00:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-02 01:53:13.599321
- Title: Theory of robust quantum many-body scars in long-range interacting
systems
- Title（参考訳）: 長距離相互作用系におけるロバスト量子多体傷の理論
- Authors: Alessio Lerose, Tommaso Parolini, Rosario Fazio, Dmitry A. Abanin,
Silvia Pappalardi
- Abstract要約: 量子多体散乱(Quantum many-body scars, QMBS)は、量子多体系の異常エネルギー固有状態である。
長距離相互作用量子スピン系の設定は、一般にロバストなQMBSをホストすることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum many-body scars (QMBS) are exceptional energy eigenstates of quantum
many-body systems associated with violations of thermalization for special
non-equilibrium initial states. Their various systematic constructions require
fine-tuning of local Hamiltonian parameters. In this work we demonstrate that
the setting of long-range interacting quantum spin systems generically hosts
robust QMBS. We analyze spectral properties upon raising the power-law decay
exponent $\alpha$ of spin-spin interactions from the solvable
permutationally-symmetric limit $\alpha=0$. First, we numerically establish
that despite spectral signatures of chaos appear for infinitesimal $\alpha$,
the towers of $\alpha=0$ energy eigenstates with large collective spin are
smoothly deformed as $\alpha$ is increased, and exhibit characteristic QMBS
features. To elucidate the nature and fate of these states in larger systems,
we introduce an analytical approach based on mapping the spin Hamiltonian onto
a relativistic quantum rotor non-linearly coupled to an extensive set of
bosonic modes. We exactly solve for the eigenstates of this interacting
impurity model, and show their self-consistent localization in large-spin
sectors of the original Hamiltonian for $0<\alpha<d$. Our theory unveils the
stability mechanism of such QMBS for arbitrary system size and predicts
instances of its breakdown e.g. near dynamical critical points or in presence
of semiclassical chaos, which we verify numerically in long-range quantum Ising
chains. As a byproduct, we find a predictive criterion for presence or absence
of heating under periodic driving for $0<\alpha<d$, beyond existing
Floquet-prethermalization theorems. Broader perspectives of this work range
from independent applications of the technical toolbox developed here to
informing experimental routes to metrologically useful multipartite
entanglement.
- Abstract（参考訳）: 量子多体傷(Quantum many-body scars、QMBS)は、特別な非平衡初期状態に対する熱化の違反に関連する量子多体系の例外的なエネルギー固有状態である。
彼らの様々な体系的構成は局所ハミルトニアンパラメータの微調整を必要とする。
本研究では、長距離相互作用する量子スピン系の設定が、一般に堅牢なQMBSをホストすることを示す。
我々は、可解な置換対称極限$\alpha=0$からスピンスピン相互作用のパワー-ロー減衰指数$\alpha$を上げる際のスペクトル特性を解析する。
まず、カオスのスペクトル符号が無限小$\alpha$に対して現れるにもかかわらず、大きな集合スピンを持つ$\alpha=0$エネルギー固有状態の塔は、$\alpha$の増加とともに滑らかに変形し、特徴的なQMBS特性を示すことを数値的に証明する。
より大きな系におけるこれらの状態の性質と運命を明らかにするために、スピンハミルトニアンを相対論的量子回転子に非線型結合した広範なボソニックモードにマッピングする解析的アプローチを導入する。
相互作用する不純物モデルの固有状態を正確に解き、原ハミルトニアンの大スピンセクターにおける自己整合局在を$0<\alpha<d$で示す。
本理論は, 任意の系サイズに対するqmbの安定性機構を明らかにし, 動的臨界点近傍や半古典的カオスの存在を予測し, 長距離量子イジングチェーンにおいて数値的に検証する。
副生成物として、Floquet-prethermalization定理を超えて、周期駆動下での加熱の有無の予測基準が$0<\alpha<d$である。
この作業のより広い視点は、ここで開発された技術ツールボックスの独立した応用から、実験ルートの通知から、メトロロジー的に有用なマルチパートの絡み合いまで幅広い。
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