Наивный вопрос о топологически упорядоченной волновой функции?

Энтропия топологической запутанности (TEE, предложенная Левиным, Веном, Китаевым и Прескиллом) является прямой характеристикой топологического порядка, закодированного в волновой функции. Здесь у меня есть некоторые недоразумения, и давайте возьмем в качестве примера модель Китаева со спином 1/2 на сотовой решетке.

Энтропия запутанности основного состояния модели Китаева может быть рассчитана точно , где TEE= л н 2 как для фазы с зазором, так и для фазы без зазора . Это согласуется с 4-кратным вырождением основного состояния на торе как для фаз с щелями, так и для фаз без щелей. [Хотя вырождение в основном состоянии может быть нечетко определено в бесщелевой фазе.]

Вопрос: Ненулевой TEE основного состояния без промежутков говорит о том, что состояние без промежутков имеет «топологический порядок», но «топологический порядок» определен только для фазы с промежутками . Как я понимаю этот парадокс?

Замечания: Лично я думаю, что понятие «топологического порядка» для гамильтониана с щелью и для волновой функции может быть разным .

Связанный с этим вопрос : является ли данное состояние ψ гэп или нет? Одно из возможных определений может быть таким: если существует гамильтониан с щелью, основное состояние которого ψ , то мы говорим ψ является состоянием с разрывом. Но это определение кажется не совсем точным, поскольку может существовать другой гамильтониан без щелей, основное состояние которого также равно ψ . Простой пример — свободный фермионный гамильтониан. ЧАС ( ты ) "=" к ( к 2 + ты ) С к С к , где вакуумное состояние | 0 является бесщелевым основным состоянием ЧАС ( ты "=" 0 ) пока | 0 является основным состоянием с промежутком ЧАС ( ты > 0 ) , поэтому значение разрыва данного состояния (здесь | 0 ) может быть неоднозначным.

Поэтому лично я считаю, что основные состояния с щелями и без щелей в модели Китаева являются топологически упорядоченными волновыми функциями (от ненулевого TEE), но только гамильтониан Китаева с щелями (а не гамильтониан Китаева без щелей ) имеет четко определенный топологический порядок.

Заранее спасибо!

Ответы (1)

Очень хороший вопрос. Во-первых, топологический порядок, строго говоря, определяется только для состояний с пробелами. Но в какой-то степени он может сосуществовать с беззазорными степенями свободы. Довольно тривиальный пример — просто добавление чего-то без зазоров, не связанного с топологическим порядком (т. е. фононов). Однако пример модели Китаева совсем другой, поскольку бесщелевая часть — это фермионные спиноны, а зазорная часть — визоны ( Z 2 калибровочные поля). TEE говорит, что волновая функция Z 2 калибровочное поле имеет нелокальные ограничения (т.е. силовые линии электрического поля должны быть замкнуты или заканчиваться только на спинонах), что также отражается на статистике взаимного плетения между спинонами и визонами. Но, с другой стороны, бесщелевые спиноны имеют существенное влияние: например, если задать вопрос о топологическом вырождении (вдобавок к 1 / л низкоэнергетического спинонного возбуждения) на торе, я думаю, что вырождение основного состояния уменьшается от 4 к 1 , так как спиноны, идущие по большим циклам, могут измерять визуальные потоки и такой процесс имеет амплитуду 1 / л .

Так что различие, которое вы проводите, действительно важно. С другой стороны, это бесщелевое состояние не является робастным: ничто не мешает спинонам открыть массовую щель, если не наложены дополнительные симметрии. Таким образом, рядом с фазой без зазоров находятся фазы A и B с зазорами, обе из которых имеют одинаковое значение TEE. Поэтому его можно рассматривать как «критическую точку» между фазами А и В.

Я рекомендую очень проницательную статью Бондерсона и Наяка, http://arxiv.org/abs/1212.6395 , в которой подробно обсуждается, как можно определить топологический порядок при наличии степеней свободы без зазоров, и как вырождение основного состояния и плетение статистика влияет.

Что касается второго вопроса, то состояние с разрывом, вероятно, следует определить как состояние, в котором все корреляционные функции (физических, локальных операторов) являются короткодействующими. Мне кажется, что если состояние бесщелевое, то некоторая корреляционная функция должна обнаруживать бесщельность: например, в вашем примере сотовой модели Китаева, хотя спиновые корреляционные функции короткодействующие, корреляции энергий связи алгебраические. Я не видел контрпримера к этому критерию, но я не думаю, что он был строго доказан. Вы можете посмотреть http://arxiv.org/abs/math-ph/0507008 для доказательства спектральной щели, подразумевающей корреляции ближнего действия (также нужно быть осторожным в отношении того, следует ли использовать связанные функции корреляции, так много тонких деталей. ..).

Большое спасибо за ваши проницательные комментарии и предложенные ссылки. Первая часть вашего ответа кажется мне глубокой, и я могу потратить больше времени, чтобы понять ее. Однако я узнал от вас, что определение состояния с разрывом ψ через длину корреляции, а не через некоторый родительский гамильтониан ЧАС . Итак, существует ли возможность или пример того, что бесщелевой гамильтониан обладает щелевым основным состоянием ?
Могут быть и другие более простые примеры, но вот один: journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.109.260401
Что касается сотовой модели Китаева, то для бесщелевой фазы (например, бесщелевого спинового гамильтониана при Дж Икс "=" Дж у "=" Дж г ), является ли соответствующее основное состояние также бесщелевым (в том смысле, что какая-то корреляционная длина велика по сравнению с размером системы)? Если основное состояние бесщелевое, то TEE(= л н 2 ) все еще четко определены?
Да, как я уже упоминал в ответе, корреляционная функция энергии связи должна быть алгебраической. Для TEE сначала необходимо иметь закон площадей для энтропии запутанности, который верен для бесщелевых систем с линейной дисперсией (или эмерджентной лоренц-инвариантностью). Тогда TEE — это просто поправка к закону площадей.