論文の概要: Theory of robust quantum many-body scars in long-range interacting systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.12504v3
- Date: Mon, 11 Nov 2024 10:53:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-12 14:03:25.559559
- 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頑健な量子多体傷の理論
- 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は、一般にロバストQMBSをホストすることを示す。
この理論は、任意のシステムサイズに対するQMBSの安定性のメカニズムを明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- 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 long-range interacting quantum spin systems generically host 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 analitycally solve for the eigenstates of this interacting impurity model by means of a novel polaron-type canonical transformation, and show their self-consistent localization in large-spin sectors of the original Hamiltonian for $0<\alpha<d$ (with $d$ = spatial dimension of the lattice). 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.
- 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。
それらの様々な体系的な構成は、局所ハミルトンパラメータの微調整を必要とする。
本研究では、長距離相互作用量子スピン系が強QMBSを総称的にホストすることを実証する。
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、$\alpha$が増加するにつれて滑らかに変形し、特徴的なQMBS特性を示すことを数値的に証明する。
大規模系におけるこれらの状態の性質と運命を解明するために、スピンハミルトニアンを相対論的量子ローターに非線型にマッピングする解析的アプローチを導入する。
我々は、この相互作用する不純物モデルの固有状態を、新しいポラロン型正準変換を用いて不純物モデルの固有状態に対して、0<\alpha<d$(格子の空間次元$d$)で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示す。
我々の理論は、任意のシステムサイズに対するQMBSの安定性のメカニズムを明らかにし、例えば、動的臨界点付近や半古典的カオスの存在下で、その分解を予測し、長距離量子イジング鎖で数値的に検証する。
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。
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