quantum field theory, quantum dynamics, quantum entanglement
megadott besorolás
Fizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Fizika
zsűri
Fizika 1
Kutatóhely
Elméleti Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
projekt kezdete
2019-12-01
projekt vége
2022-11-30
aktuális összeg (MFt)
25.356
FTE (kutatóév egyenérték)
2.40
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A kutatás a dinamika és a kvantum összefonódás kvantumtéreleméletbeni megértésére irányul. A vizsgált rendszerek elsősorban alacsonydimenziós szabad illetve erősen kölcsönható kvantumtérelméleti modellek, illetve kiterjesztések magasabb dimenziós esetre. A kutatás motivációja, hogy a kísérleti technika gyors feljődésével egyre több vizsgálni kívánt rendzsert lehet tanulmányozni laboratórumi körülmények között, ami az eredmények kísérleti ellőrzésére adhat lehetőséget. Az elméleti módszerek fejlődése nyomán egzakt, illetve a numerikus módszerek precíz szimulációs eredmények adhatóak.
A kutatás főbb céljai a következőek:
1. Királis összefonódás dinamikája ún. kvanutm kvencsek után: hasonlóságok illetve eltérések vizsgálata a térbeli összefonódás időfejlődéséhez képest; univerzális viselkedés keresése
2. Ising model időfejlődésének és összefonódásának vizsgálata az ún. skálázó (térelméleti) határesetben tömeg-kvencs után: térelméleti jóslatok származtatása a rácsmodellben számolt eredmények skálázó határesetéből.
3. Különböző erősen kölcsönható spinláncok dinamikájának és összefonódásának tanulmányozása elméleti és numerikus módszerekkel.
4. Kiterjesztések magasabb dimenzióba a ,,bootstrap” (,,önmegoldó”) megközelítés alkalmazásával.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Friss kutatások kimtatták, hogy bizonyos kvantumos spinlánc modellekben ún. globális kvencs után az időfejlődő állapotban számított fizikai mennyiségek várható értékei illetve részrendszerek közötti összefonódás oszcillációkat mutat, melyek információt hordoznak a kvencs utáni rendszer tulajdonságairól. A spinláncok a skálázó határesetben kvantumtérelmélettel írhatóak le. A kutatás alapkérdése a kvanumtérelméleti globális kvencs utáni időfejlődés során vizsgálni az imént említett mennyisegek viselkedését.
Nemrégiben egy térdimenziós kvantumtérelméletek esetében javasoltunk egy, a renormálási csoport folyam fixpontjában található gerjesztések közötti összefonódást jellemző mennyiséget a kritikus ponttól távol, a királis összefonódási entrópiát. Alapállapotban a királis összefonódási entrópia tartalmaz egy, a folyamra jellemző unverzális tagot. A kutatás során szeretném vizsgálni a királis entrópia időfejlődését kvencs után elméleti és numerikus módszerek kombinációjával.
További kérdés, hogy hogyan lehet egzaktul megoldható spinláncok esetében a skálázó térelméleti jóslatokat igazolni, expliciten a spinláncok skálázó limeszében.
Az egzaktul megoldható eseteken felül numerikus módszerekkel a fenti kérdések tárgyálhatók általános esetben is. Ehhez a skálázó térelmélet módszereinek kiterjesztése is szükséges.
Az alacsony dimenziós rendszerek tanulámányozásával következtetéseket vonhatunk le magasabb dimenziós esetre is. Ezek ellenőrzésére azonban magasabb dimenziós térelméleti módszerek fejlesztése szükséges. A nemrégiben kifejlesztett ,,bootstrap” (,,önmegoldó”) megközelítés kiterjesztésével kutatás fő kérdései vizsgálhatóak magasabb dimenziókban.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kísérleti módszerek fejlődésével és újabb anyagok felfedezésével a pályázatban vizsgált rendszerek laboratórium környezetben egyre szélesebb körben vizsgálhatók, például csapdázott hideg atomokkal, szén nanostruktúrákkal és egzotikus spinlánc anyagokkal. A kutatással ilyen rendszerekben tapasztalható jelenségek elméleti leírásához szeretnék hozzájárulni, ezáltal közelebb hozni ezen anyagok technológiai alkalmazását.
Az egy dimenzióban bevezetett királis összefonódás további vizsgálata a renormálási csoport folyamok mélyebb megértéséhez vezet. Különösen érdekes kérdés lehet, hogy magasabb dimenzióban mi lehet a kiterjesztése, hiszen királis szimmetriával több térdimenziós renormálási csoport fixpontok is rendelkezhetnek.
A kutatás során egyedi numerikus és elméleti módszerek fejlesztése szükséges, melyek a későbbiekben alkalmazhatóak lehetnek szélesebb körben is.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A kutatási projekt során egzotikus kvantumredszerek megértéséhez szertnék hozzájárulni. A vizsgált rendszerek ma már laboratóriumi körülmények között vizsgálhatóak a kísérleti módszerek fejlődésével és új anyagok felfedezésével, például csapdázott hideg atomokkal, szén nanostruktúrákkal és mágneses anyagokkal. A kutatás során kidolgozandó módszerek és a kapott eredmények hozzájárulhatnak a technológiai alkalmazásokhoz. Egzotikus kvantumrendszerek különösen fontosak adatok tárolásban, feldogozásban és kvantum számításokban.
Tudományos szemszögből a kutatási projekt a kvantumfizika alapvető kérdéseinek, például kvantumredszerek időfejlődésének és összefonódásának jobb megértéséhez vezet. Kapcsolódó kérdések felmerülnek más területeken is, mint például kvantum információ, húrelmélet és holografikus dualitások.
angol összefoglaló
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The aim of the research project is the understanding of dynamics and quantum entanglement in quantum field theories. The studied systems are mainly low dimensional free and strongly interacting models of quantum field theory and their extensions to higher dimensional cases. The research is motivated by the rapid development of the experimental techniques which allow for realizing such systems in laboratory conditions. This might lead to experimental validations. Due to the improvement of the theoretical and numerical methods, one can derive exact and precise numerical predictions.
The main objectives of the research are the following:
1. Dynamics of the chiral entanglement after the so-called quantum quenches: study of similarities and differences compared to the dynamics of the spatial entanglement; search for universal behaviours.
2. Examination of dynamics in the Ising model in the scaling (field theoretical) limit after a mass quench. Derivation of the field theoretical predictions from scaling limit of the results on the lattice.
3. Study of dyamics and entanglement in different strongly interacting spin chains with theoretical and numerical methods.
4. Extensions to higher dimensions with the application of bootstrap methods.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Recent research showed that in certain quantum spin chain models, the expectation values of physical quantities in the time evolving state and the entanglement between subsystems show oscillations, which contain information about the post quench system. In the scaling limit, the spin chains can be described by quantum field theories. The main objective of the research is the study of the above mentioned quantities during the time evolution after a global quench in quantum field theories.
We proposed the chiral entanglement entropy (CEE) for quantum field theories in one spatial dimension, which describes the entanglement of the excitations in the renormalization fixed point away from the critical point. In the ground state the CEE contains a universal term, which is characteristic to the renormalization group flow. During the research project I would like to study the time evolution of the CEE after a quantum quench with theoretical and numerical methods.
Another question is how one can verify the scaling field theory predictions in the case of exactly solvable spin chains, explicitly in the scaling limit of the spin chains.
Beside the exactly solvable cases, the above questions can be investigated in more general cases with numerical methods. The extension of field theoretical methods is also necessary.
With the study of low dimensional systems one can draw conclusions for the higher dimensional cases. In order to verify these, the development of field theoretical methods in higher dimensions is also necessary. With the extension of the recently developed bootstrap approach, the main questions of the research can be studied in higher dimensions.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. With the recent development of experimental methods and the discovery of new materials, such as trapped ultra-cold atoms, carbon nanostructures, spin materials, a wide range of the systems studied during the research project can be investigated. With the present research I would like to contribute to the theoretical description of different phenomena, thereby bring closer the technological applications of such systems.
Further examination of the chiral entanglement leads to a deeper understanding of renormalization group flows. The extension to higher dimensions might be especially interesting, since renormalization group fixed points in higher dimensions can possess chiral symmetry.
During the reserch, development of unique numerical and theoretical method is necessary, which later on might be applicable for a wider range of problems.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. During the research project I would like to contribute to the understanding of exotic quantum systems. With the development of experimental techniques and the discovery of new materials, such as trapped ultra-cold atoms, carbon nanostructures, magnetic materials, the studied systems are accessible in laboratory circumstances. The methods developed during the project and the expected results can contribute to the technological applications. Especially, exotic quantum systems are important in storing and processing information, quantum computing.
From the scientific perspective, the research leads to better understanding of fundamental questions of quantum physics such as time evolution and entanglement of quantum systems. Related questions arise in the field of quantum information sting theory and in holographic dualities.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A kutatás során kapott, publikált eredmények két csoportba sorolhatók, a kapott eredményeket ez alapján foglalom össze.
1. Spinláncok dinamikája
Összefonódás oszcillációk az longitudinális mágneses térben vizsgált Ising model tömegkvencsei esetén. Összefüggés a relaxációs ráták és entrópia generálás spinláncok kvencsei után. Bezárás és kötött állapotok kötött állapotai Ising spin létrán.
2. Egy tér- és egy idődimenziós térelméletek dinamikája
CDD deformált szóráselméletek vizsgálata, mint általánosított “TTbar” deformáció és a Hagedorn szingularitás. Rendezettség és rendezetlenség operátorok alaktényezőinek és dinamikai struktrúra állandók meghatározása a trikritikus Ising modell termális perturbációjában. Bezárás a trikritikus Ising modellben: gerjesztett kinkek bezárása és bezárás páros operátor, mint perturbáció hatására. A hamis vákuum bomlására vonatkozó nukleációs ráta numerikus meghatározása Ising is trikritikus Ising modellekben. Yang—Lee szingularitások multikritikus kiterjesztése.
kutatási eredmények (angolul)
The published results of this research can be separated into two groups, below I present the results in this way
1. Dynamics of spin chains
Entanglement oscillations after mass quenches in the Isining model in a longitudinal magnetic field. Relation of the relaxation rates and entropy generation after quenching spin chains. Confinement and bound states of bound states in an Ising spin ladder.
2. Dynamics of field theories in one space and one time dimension
CDD deformed scattering theories as generalized “TTbar” deformation and Hagedorn singularity. Determination of form factors of order and disorder operators and dynamical structure factors in the thermal perturbation of the tricritical Ising model. Confinement in the tricritical Ising model: confinement of excited kinks and confinement induced by even perturbation. Nucleation rate in the false vacuum decay in the tricritical Ising model. Multicriticality in Yang—Lee edge singularity.
