論文の概要: Hamiltonian Lattice QED$_3$ with One and Two Flavors of Wilson Fermions: Topological Structure and Response

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.05616v1
• Date: Thu, 05 Mar 2026 19:18:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-09 13:17:44.385513
• Title: Hamiltonian Lattice QED$_3$ with One and Two Flavors of Wilson Fermions: Topological Structure and Response
• Title（参考訳）: ウィルソンフェルミオンの1と2の風味を持つハミルトン格子QED$_3$:位相構造と応答
• Authors: Sriram Bharadwaj, Emil Rosanowski, Simran Singh, Alice di Tucci, Changnan Peng, Karl Jansen, Lena Funcke, Di Luo,
• Abstract要約: ハミルトンゲージ理論における散乱フェルミオンの離散化は、正確な時間反転対称性を持つことを示す。 本研究では、ガウスの法則を満たすU(1)ゲージ場に結合したフェルミオンの(2+1)D格子ハミルトニアンにおけるフェルミオンの離散化効果を分析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.803135196608668
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The quantum simulation of topological phases in (2+1)D quantum electrodynamics with Wilson fermions provides a promising route toward realizing topological phenomena in near-term lattice experiments. We show that the commonly used staggered-fermion discretizations in Hamiltonian gauge theories possesses an exact time-reversal symmetry, which forbids the emergence of nontrivial topological phases and has led to confusion in the existing literature. In this work, we resolve this obstacle by systematically analyzing fermion discretization effects in (2+1)D lattice Hamiltonians of fermions coupled to U(1) gauge fields that satisfy Gauss' law. We show that Wilson fermions, already in the minimal one-flavor theory, naturally enable topological regimes with nonzero Chern numbers, and that the two-flavor extension at finite chemical potential further enriches the accessible topological structure. We develop gauge-invariant diagnostics of topological response, including many-body Chern numbers and current correlators that remain robust probes at weak coupling. Finally, through extensive exact diagonalization calculations across both flavor settings, we characterize the spectrum, correlators, and topological invariants, providing a concrete foundation for near-term quantum simulations of topological phases in lattice field theories. The implications of this work for quantum simulations of lattice field theory are analyzed in a joint submission [1].
• Abstract（参考訳）: ウィルソンフェルミオンを用いた(2+1)D量子電磁力学における位相相の量子シミュレーションは、短期格子実験において位相現象を実現するための有望な経路を提供する。 ハミルトンゲージ理論におけるスタッガー・フェルミオンの離散化は、非自明な位相の出現を阻止し、既存の文献に混乱をもたらす正確な時間反転対称性を持つことを示す。 本研究では、ガウスの法則を満たすU(1)ゲージ場に結合したフェルミオンの(2+1)D格子ハミルトニアンにおけるフェルミオンの離散化効果を体系的に解析することにより、この障害を解決する。 ウィルソンフェルミオン (Wilson fermions) は、既に最小の1-フレーバー理論において、自然に非ゼロチャーン数を持つ位相的レギュレーションを可能にし、有限化学ポテンシャルにおける2-フレーバー展開は、アクセス可能なトポロジ構造をさらに強化することを示した。 我々は多体チャーン数や弱いカップリングで頑健なプローブを保ち続ける電流相関子を含むトポロジカル応答のゲージ不変な診断法を開発した。 最後に、両フレーバー設定の広い厳密な対角化計算により、スペクトル、相関子、位相不変量の特徴付けを行い、格子場理論における位相位相の短期量子シミュレーションのための具体的な基礎を提供する。 格子場理論の量子シミュレーションにおけるこの研究の意義は、共同提出 [1] で分析される。

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