論文の概要: Decoherence-induced self-dual criticality in topological states of matter

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.14034v3
• Date: Mon, 31 Mar 2025 15:59:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-01 14:27:54.391829
• Title: Decoherence-induced self-dual criticality in topological states of matter
• Title（参考訳）: 物質のトポロジカル状態におけるデコヒーレンスによる自己双対臨界
• Authors: Qingyuan Wang, Romain Vasseur, Simon Trebst, Andreas W. W. Ludwig, Guo-Yi Zhu,
• Abstract要約: 測定誘起相転移はデコヒーレンス誘起混合状態とみなすことができる。 これらの接続を統合することで、混合状態における自己双対対称性の役割を解明する。 我々の結果は、オープン量子系における混合状態臨界性の一般的な理解への道を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9961452710097684
• License:
• Abstract: Quantum measurements can be employed to induce decoherence in a restricted segment of a larger quantum many-body state, while generating entanglement for its remaining constituents. We demonstrate generally that measurement-induced phase transitions can be viewed as decoherence-induced critical mixed states. In this context, a deeper conceptual understanding is called for with regard to symmetry as an organizing principle. Integrating these connections we investigate the role of self-dual symmetry in mixed states, showing that the decoherence of electric (e) and magnetic (m) vortices from the 2D bulk of the toric code, or equivalently, a 2D cluster state with symmetry-protected topological order, can leave a (1+1)D quantum critical mixed state on the boundary protected by a weak Kramers-Wannier self-dual symmetry. The corresponding self-dual critical bulk is described by the $N\to1$ limit of the 2D Non-linear Sigma Model in symmetry class D with target space SO(2N)/U(N) at $\Theta$-angle $\pi$, and represents a "measurement-version" of the Cho-Fisher network model subjected to Born-rule randomness. Explicit breaking of self-duality, by incoherent noise amounting to fermion interactions or (non-interacting) coherent deformation, is shown to induce an RG crossover from this self-dual critical state to Nishimori criticality or to it from a novel type of Ising+ criticality, respectively, both related to the random-bond Ising model in different replica limits. Using an unbiased numerical approach combining tensor network, Monte Carlo, and Gaussian fermion simulations, we chart out a global phase diagram as diagnosed by coherent information and entanglement entropy measures. Our results point to a way towards a general understanding of mixed-state criticality in open quantum systems in terms of symmetry and topology.
• Abstract（参考訳）: 量子測定は、より大きな量子多体状態の制限された部分におけるデコヒーレンスを誘導し、残りの成分の絡み合いを発生させるために用いられる。 一般に, 測定誘起相転移はデコヒーレンス誘起臨界混合状態とみなすことができる。 この文脈では、対称性についてより深い概念的理解が組織原理として求められている。 これらの接続を統合することで、混合状態における自己双対対称性の役割を解明し、トリック符号の2次元バルクからの電気(e)と磁気(m)渦の脱コヒーレンス、あるいは等しく対称性が保護された位相秩序を持つ2次元クラスター状態が、弱いクラマース=ワニエ自己双対対称性で保護された境界上に(1+1)Dの量子臨界混合状態を残すことを示した。 対応する自己双対臨界バルクは、目標空間 SO(2N)/U(N) を $\Theta$-angle $\pi$ とする対称性クラス D における2次元非線形シグマモデルの極限$N\to1$ で記述され、Cho-Fisher ネットワークモデルのボルンルルランダム性による「測度変換」を表す。 フェミオン相互作用や(非相互作用的)コヒーレント変形による非コヒーレントノイズによる自己双対の破れは、この自己双対臨界状態から西森臨界状態へのRGクロスオーバーを誘導し、それぞれ異なるレプリカリミットのランダムボンドイジングモデルに関連する新しいIsing+臨界状態から引き起こすことが示されている。 テンソルネットワーク,モンテカルロ,ガウスフェルミオンシミュレーションを組み合わせた非バイアス数値的手法を用いて,大域的な位相図をコヒーレント情報と絡み合いエントロピー測度で表した。 我々の結果は、対称性とトポロジーの観点から、オープン量子系における混合状態臨界性の一般的な理解への道を示す。

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