The Signal
Il gruppo di Yang individua transizioni quantistiche che richiedono catene aperte
Uno studio descrive transizioni dinamiche di fase quantistiche che si verificano nelle catene aperte, ma non in condizioni al contorno periodiche. Gli autori collegano l’effetto alla memoria, a quantità di moto complesse e a un numero di av
Quantum.world Team · Scritto con l’IA · verificato ·
«Individuiamo DQPT non di Bloch, che si verificano solo nelle catene aperte e sono invece determinate da quantità di moto complesse».
Zhesen Yang, Wei-Wei Yang, Henning Schomerus e Jiangping Hu, autori dell’articolo
I quattro ricercatori descrivono un tipo di transizione dinamica di fase quantistica che dipende dal fatto che una catena abbia estremità aperte. Nel loro articolo, «Non-Bloch Dynamical Quantum Phase Transitions with Memory», inviato ad arXiv il 29 ottobre, mostrano che una catena aperta può presentare una transizione assente in condizioni al contorno periodiche, anche nel limite termodinamico. Il loro risultato rende la condizione al contorno parte della dinamica del sistema, anziché una piccola correzione ai bordi.
Perché una catena aperta cambia la transizione
Le transizioni dinamiche di fase quantistiche, o DQPT, si verificano quando una grandezza chiamata energia libera dinamica diventa non analitica in un determinato istante. Nelle catene periodiche, le transizioni studiate convenzionalmente sono determinate da quantità di moto di Bloch a valori reali. Yang e colleghi rilevano che le condizioni al contorno aperte possono invece produrre transizioni governate da quantità di moto complesse, che chiamano DQPT non di Bloch.
Il loro meccanismo dipende dal numero di avvolgimento, una proprietà topologica dell’operatore di evoluzione temporale proiettato della catena. Quando tale numero è zero, i sistemi aperti e periodici hanno la stessa energia libera dinamica nel limite termodinamico. Quando è diverso da zero, la dinamica con condizioni al contorno aperte può essere diversa: le transizioni della catena periodica scompaiono e nella catena aperta può emergere una nuova transizione.
Una catena hermitiana con memoria
Gli autori studiano una catena di Su–Schrieffer–Heeger con simmetria per inversione temporale rotta, accoppiata al bordo di un substrato bidimensionale semi-infinito. Il sistema completo, composto dalla catena e dal substrato, è hermitiano, ma le particelle possono lasciare la catena e tornarvi in seguito. Questa memoria conservata rende la dinamica effettiva della catena non markoviana e produce un comportamento non hermitiano nell’evoluzione proiettata, senza aggiungere guadagno o perdita progettati ad hoc.
Nel modello, la transizione della catena sensibile alle condizioni al contorno si verifica al tempo adimensionale g t = 2,83, dove g definisce la scala dell’accoppiamento tra catena e substrato. Le transizioni della catena periodica si verificano a g t = 1,67, 3,80 e 7,05; con condizioni al contorno aperte, queste transizioni sono assenti dall’energia libera dinamica della catena. I valori riportati derivano dai parametri del modello scelti nell’articolo, non da una misurazione su un dispositivo fisico.
Il calcolo tramite quantità di moto complesse
Per calcolare il risultato relativo alla catena aperta, i ricercatori effettuano la continuazione analitica del propagatore della catena periodica da quantità di moto reali a complesse. Nella loro formulazione, l’energia libera dinamica della catena aperta si ricava dal risultato della catena periodica così continuato, lungo un percorso con numero di avvolgimento zero. Calcoli numerici su sistemi di dimensioni finite confermano questa relazione.
L’effetto delle condizioni al contorno non è causato semplicemente dall’effetto pelle non hermitiano, in cui gli stati si concentrano vicino alle estremità di una catena. L’articolo rileva che questo effetto da solo non rende diverse le energie libere dinamiche; anche il numero di avvolgimento deve essere diverso da zero. Gli autori individuano nella memoria e nella rottura della simmetria per inversione temporale gli ingredienti necessari per ottenere tale avvolgimento nel loro modello.
Il conteggio delle particelle offre una verifica
Il gruppo propone di misurare il numero di avvolgimento in un sistema fermionico preparando una catena piena sopra un substrato vuoto, attivando l’accoppiamento e acquisendo immagini delle occupazioni delle particelle. I ricercatori conservano solo le istantanee in cui una finestra selezionata attorno al punto medio della catena ritorna alla configurazione iniziale, quindi contano il trasferimento netto di particelle attraverso una linea di taglio. Nel modello, la carica media trasferita si avvicina al numero di avvolgimento al crescere della finestra.
In un esempio simulato con 30 celle della catena, una finestra che copre quattro celle e g t = 2,5, la probabilità di contare una particella trasferita nelle istantanee conservate è 0,991. L’articolo individua i simulatori fermionici con acquisizione di immagini con risoluzione del singolo sito come possibile piattaforma per questa misurazione e indica anche gli array di guide d’onda e altri simulatori quantistici come possibili piattaforme per studiare dinamiche correlate. Si tratta di verifiche proposte; l’articolo non riporta alcuna osservazione sperimentale della nuova transizione.