論文の概要: Spin systems as quantum simulators of quantum field theories in curved spacetimes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.07587v1
- Date: Thu, 10 Oct 2024 03:38:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-10-31 16:06:31.103752
- Title: Spin systems as quantum simulators of quantum field theories in curved spacetimes
- Title（参考訳）: 曲がった時空における場の量子論の量子シミュレータとしてのスピン系
- Authors: Shunichiro Kinoshita, Keiju Murata, Daisuke Yamamoto, Ryosuke Yoshii,
- Abstract要約: 一般の2次元曲面時空における量子場理論(QFT)は、量子スピンあるいは量子ビットの系によって実現可能であることを実証する。
辞書によると、FLRW計量上のマヨラナフェルミオンのQFTは、時間依存の逆磁場を持つイジングモデルに対応する。
- 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: We demonstrate that a quantum field theory (QFT) in general two-dimensional curved spacetimes can be realized by a system of quantum spins or qubits. We consider a spin-1/2 model on a one-dimensional ring with spatially and temporally varying exchange couplings and magnetic fields. This model reduces to a QFT of Majorana fermions in the continuum limit. From this correspondence, we establish a dictionary for translating between the spacetime-dependent parameters of the spin model and the general metric on which the QFT is defined. After addressing the general case, we consider the Friedmann-Lema\^{\i}tre-Robertson-Walker (FLRW) metric as a simple example. According to the dictionary, the QFT of Majorana fermions on the FLRW metric corresponds to the Ising model with a time-dependent transverse magnetic field. We demonstrate that the production of Majorana particles in the expanding universe can be simulated with the transverse-field Ising model by increasing the strength of the magnetic field. Furthermore, we examine the Unruh effect through the spin system by using our prescription and show the direct relation between the entanglement (or modular) Hamiltonian in the spin system and the Rindler Hamiltonian. This approach provides an experimentally viable system for probing various phenomena in QFT within curved spacetime, while also opening the door to uncovering nontrivial phenomena in spin systems inspired by curved spacetime physics. It offers fresh perspectives on both QFT in curved spacetimes and quantum many-body spin systems, revealing profound connections between these fields.
- Abstract（参考訳）: 一般の2次元曲面時空における量子場理論(QFT)は、量子スピンあるいは量子ビットの系によって実現可能であることを実証する。
空間的かつ時間的に変化する交換結合と磁場を持つ一次元リング上のスピン-1/2モデルを考える。
このモデルは連続極限におけるマヨラナフェルミオンのQFTに還元される。
この対応から、スピンモデルの時空依存パラメータと、QFTが定義される一般的な計量とを翻訳するための辞書を確立する。
一般の場合に対処した後、Friedmann-Lema\^{\i}tre-Robertson-Walker(FLRW)計量を簡単な例と考える。
辞書によると、FLRW計量上のマヨラナフェルミオンのQFTは、時間依存の逆磁場を持つイジングモデルに対応する。
膨張する宇宙におけるマヨラナ粒子の生成は、磁場の強度を増大させることで、横磁場イジングモデルでシミュレートできることを実証した。
さらに, スピン系におけるエンタングルメント(あるいはモジュラー)ハミルトニアンとリンドラーハミルトニアンとの直接的な関係を示す。
このアプローチは、曲線化された時空内のQFTの様々な現象を探索する実験可能なシステムを提供すると同時に、曲線化された時空物理学にインスパイアされたスピン系の非自明な現象を明らかにするための扉を開く。
曲面時空におけるQFTと量子多体スピン系の両方に新たな視点を与え、これらの場間の深い関係を明らかにしている。
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