PT対称性障害による同一モデルの連結(Connecting identical models via PT-symmetric disorder)

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多自由度系での量子通信の可能性を探る研究者たち Researchers ponder the possibility of quantum communication in systems with many degrees of freedom

2022-03-24 大韓民国・基礎科学研究院(IBS)

・古典的には切断されているにもかかわらず、量子力学的効果によって互いに通信可能な2つの同一部分からなる量子力学系の発見に大きな力が注がれている。
・このようなシナリオを実現するには、乱れた量子系、つまりモデル自体を定義する結合定数にランダム性を持たせて不純物をモデル化した量子系を考えるのが現実的である。さらに、2つの部品がまったく同じ乱れを持つことを条件とすることで、ある種の量子通信が可能であることを示すことができた。
・基礎科学研究所(IBS)複雑系理論物理学研究センター(PCS)が発表した最近の研究では、多自由度からなる系を考えた場合、このコミュニケーション効果が支配的であることを初めて明示的に解析的に示しました。この結果を可能にした決定的な要素は、モデルを通常の量子力学のように非エルミート型にするのではなく、PT対称にすることです。
・研究グループは、散逸を許容することで、2つの系が多くの自由度でできている場合でも支配的な方法で、量子力学的効果によるコミュニケーションが可能になることを明示的に示しました。

<関連情報>

PT対称Sachdev-Ye-Kitaevモデルにおけるレプリカ非対角配置の優勢と相転移 Dominance of Replica Off-Diagonal Configurations and Phase Transitions in a PT Symmetric Sachdev-Ye-Kitaev Model

Antonio M. García-García, Yiyang Jia (贾抑扬), Dario Rosa, and Jacobus J. M. Verbaarschot
Published 22 February 2022 DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.081601

ABSTRACT

We show that, after ensemble averaging, the low temperature phase of a conjugate pair of uncoupled, quantum chaotic, non-Hermitian systems such as the Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) model or the Ginibre ensemble of random matrices is dominated by saddle points that couple replicas and conjugate replicas. This results in a nearly flat free energy that terminates in a first-order phase transition. In the case of the SYK model, we show explicitly that the spectrum of the effective replica theory has a gap. These features are strikingly similar to those induced by wormholes in the gravity path integral which suggests a close relation between both configurations. For a nonchaotic SYK, the results are qualitatively different: the spectrum is gapless in the low temperature phase and there is an infinite number of second order phase transitions unrelated to the restoration of replica symmetry.
PT対称性障害による同一モデルの連結(Connecting identical models via PT-symmetric disorder)

Figure 1

The eigenvalue density, obtained from exact diagonalization, for one realization of the q=4k=1 non-Hermitian SYK model with N/2=30, compared to a circle (red curve).

図2

Figure 2

The temperature dependence of the free energy of the non-Hermitian SYK model for N/2=30q=4, and k=1 (blue curve) compared to the analytical result (16). The value of E0 is the radius of the circle in Fig. 1.

図3

Figure 3

Top: GLR(τ) from the solution of the Schwinger-Dyson equations for the SYK model (9) with q=4T=0.0005, and k=0.5 fitted by (17). Middle: the order parameter GLR(0), versus temperature for k=0.5. Bottom: the energy gap Eg for T=0.0005Tc as a function of k from the fit (17).

図4

Figure 4

Derivative of the free energy for the non-Hermitian q=2k=1 SYK model. On the way to T=0, the system undergoes infinitely many second order phase transitions. For T>1/π, it becomes a constant which is a typical feature of free fermions.

1701物理及び化学
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