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具有相关跃迁的玻色子的量子伤痕介绍

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-06-02 20:23:59

最近在Rydberg原子阵列上的实验已经发现了异常缓慢的热化和持续的密度振荡的证据,这被解释为量子伤疤现象的多体模拟。周期动力学和非典型疤痕特征态源于“硬”动力学约束:相邻的里德伯原子不能同时被激发。在此,我们提出一种实现量子多体伤痕的一维玻色子点阵模型与“软”约束在密度辅助跳跃的形式。我们讨论了该模型与标准玻色-哈伯德模型的关系,以及利用超冷原子可能的实验实现。我们发现该模型表现出与Rydberg原子链类似的现象,包括高能量密度下的弱纠缠本征态和大量精确零能态的存在,具有明显的代数结构。

混沌球场台球的半经典研究揭示了被称为“量子伤痕”的非混沌特征函数的存在性。伤痕累累形式显示异常增强的地区所遍历的台球的一个周期轨道在经典极限下当ℏ→0。研究表明,量子伤疤能在各种系统中产生引人注目的实验特征,包括微波子结构、量子点和半导体量子阱。

最近在量子模拟器上进行的实验和随后的理论工作表明,在强相互作用的量子系统中可以出现量子多体伤痕。实验采用一维Rydberg原子平台,在Rydberg屏蔽区中,原子的最近邻激发被大力禁止。实验观察到,在“全局骤冷”之后,从某一初始状态持续的多体恢复。相比之下,当从相同类型的“无限”温度系综中提取出其他初始构型时,系统表现出快速平衡,没有回复。这些观察指出了一种不同于先前在各种实验平台上进行的量子热化研究的不平衡行为。

具有相关跃迁的玻色子的量子伤痕介绍

在单粒子量子阱和多体量子阱中,某些初始状态的动力学导致了波函数的周期性回复。在前一种情况下,当粒子在沿周期轨道1初始化的高斯波包中准备时发生这种情况,而在后一种情况下,这种恢复可以解释为一个大的自由su(2)自旋度的近自由进动。单体和多体量子伤疤的另一个相似之处是非遍历特征态的存在。在单粒子的情况下,这种特征态很容易通过其沿经典周期轨道急剧集中的非均匀概率密度来识别。在多体情况下,非遍历特征态被广义地定义为那些违反特征态热化假设(ETH)18,19的特征态。伤痕累累的本征态在许多方面违背了ETH:例如,它们在整个光谱中以均匀间隔的能量出现,与相同能量密度的其他本征态相比,它们的局部可观测值有异常的期望值,并且它们的纠缠熵服从子体积缩放定律。

在最近的著作中,非典型特征态的存在被认为是量子多体吓唬的一个更普遍的定义。例如,低纠缠度的高激发态已经在不可积的AKLT模型中被解析地构造出来了。这种精确的本征态现在也可以用在里德伯原子链模型中。以非典型特征态为特征的模型的集合正在迅速扩大,包括里德伯原子链的扰动、限制理论、超越一维的费米-哈伯德模型、驱动系统、量子自旋系统、一维极限下的分数量子霍尔效应,以及分形动力学模型。在一个相关的发展中,有人提出一种哈密顿的非典型特征态可以“嵌入”到另一种哈密顿的光谱中,使哈密顿热化,从而违反“强”版本的ETH。这种方法允许在任意维的拓扑阶段模型中设计带疤的特征态。从动力学的角度出发,证明了在多体系统中嵌入周期性的现场幺正动力学,可以系统地建立具有损伤动力学的模型。

具有相关跃迁的玻色子的量子伤痕介绍

许多伤痕累累的模型都有一个共同的特征,那就是存在某种形式的动力学约束。在Rydberg原子链中,约束是由强范德华力引起的,它投射出邻近的Rydberg激发态。例如,在描述物质拓扑相中的任意子激发的模型中,以及在晶格规范理论(包括里德伯原子系统)中,都存在这样的希尔伯特空间。最近关于周期性驱动光学晶格的研究已经开始探索这种物理现象。另一方面,动力学约束已被研究为无紊乱的多体定位的可能途径。在经典系统中,无无序的非热化行为在结构玻璃中是众所周知的。这类行为的机制是排除体积相互作用,对动力学施加动力学约束。最近在量子系统中也发现了类似的物理现象,即在无无序状态下会发生“准多体局域化”行为。

研究了动力学约束、慢速动力学与量子多体伤疤之间的关系。相比以前的工作,专注于旋转和费米子模型密切相关的一维由于Jordan-Wigner映射,在这里,我们研究一维模型的玻色子density-assisted跳跃,实现“硬”和“软”动力学约束,同时被non-integrable。根据跳跃项的形式,我们证明了模型包含了一个丰富的现象学,包括快速热化的机制,周期性复活和多体伤痕的存在,以及希尔伯特空间碎片,在最近的分形模型的研究中发现。与实验实现的Rydberg原子系统不同,我们发现在没有严格动力学约束的玻色子模型中存在多体伤痕的证据,完全连通的希尔伯特空间。我们确定了量子动力学中引起周期性多体回复的初始状态,并且我们引入了一个“簇近似”来捕获负责周期性回复的伤痕累累的特征态。我们讨论了利用超冷原子来实现这些模型的可能性。
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