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文檔簡介
1、強(qiáng)關(guān)聯(lián)多體物理是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的核心課題,它與很多我們關(guān)心的物理體系,比如高溫超導(dǎo)體系,自旋液體體系密切相關(guān)。然而無論在解析上還是數(shù)值上,這些強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)都很難研究,原因是其希爾伯特空間的維數(shù)隨著系統(tǒng)粒子數(shù)的增長而指數(shù)增加。然而最近20年來,藉由人們對于多體量子系統(tǒng)中最重要的性質(zhì)—糾纏和關(guān)聯(lián)的深入理解,及其帶來的密度矩陣重整化群(Density MatrixRenormalization Group),張量網(wǎng)絡(luò)態(tài)(Tensor Netwo
2、rk States),含時(shí)變分原理(Time Dependent Variational Principle)等先進(jìn)的數(shù)值工具的快速發(fā)展,我們終于可以研究多體物理里最為人們關(guān)注的基態(tài),低能激發(fā)態(tài)以及動力學(xué)演化等等問題。
本篇論文中,從發(fā)展張量網(wǎng)絡(luò)算法,到應(yīng)用張量網(wǎng)絡(luò)算法研究量子多體動力學(xué),主要完成了以下三方面的工作:
1.基于相對熵的幾何度量,運(yùn)用并行蒙特卡洛算法,發(fā)展了一套統(tǒng)一計(jì)算所有關(guān)聯(lián)的數(shù)值方法。
為
3、了研究各種不同的量子系統(tǒng),人們定義了多種不同形式的糾纏和關(guān)聯(lián)。盡管這些定義都在特定問題中發(fā)揮著重要的作用,人們?nèi)匀幌M軌蛴媒y(tǒng)一的方式度量所有的關(guān)聯(lián),并對它們的大小進(jìn)行比較。從這個(gè)問題入手,我們借助相對熵的幾何度量,將所有的關(guān)聯(lián)度量都轉(zhuǎn)化為特定希爾伯特空間內(nèi)的極值問題,并基于并行蒙特卡洛算法,構(gòu)建了一套可以高效求解各種關(guān)聯(lián)的相對熵的數(shù)值方法,彌補(bǔ)了相對熵難以解析計(jì)算的缺點(diǎn),同時(shí)推進(jìn)了關(guān)聯(lián)定義的統(tǒng)一化。
2.將尺寸一致性(Siz
4、e Consistency)和面積定律(Area Law)進(jìn)行結(jié)合,共同構(gòu)建一套描述張量網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的方法。
對于一個(gè)能隙不為零的量子系統(tǒng),取其基態(tài)的一部分為A,則A與剩余部分的糾纏大小由A邊界的測度決定—這條被稱為面積定律(Area Law)的規(guī)則,被認(rèn)為描述了DMRG在一維成功的關(guān)鍵,并被作為構(gòu)建合理張量網(wǎng)絡(luò)的指導(dǎo)原則。但在實(shí)踐中我們意識到,面積定律不是描述張量網(wǎng)絡(luò)的唯一標(biāo)準(zhǔn),它只關(guān)心了張量網(wǎng)絡(luò)的糾纏性質(zhì),但忽略了其能量可加性
5、。我們將尺寸一致性與面積定律相結(jié)合,構(gòu)建了一套更全面的描述張量網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的準(zhǔn)則。
3.利用矩陣直積態(tài)(Matrix Product State)以及含時(shí)變分原理,研究長程關(guān)聯(lián)下的Kibble-Zurek動力學(xué)機(jī)制。
近年來,一方面離子阱實(shí)驗(yàn)技術(shù)的突飛猛進(jìn),使得在實(shí)驗(yàn)上對量子多體系統(tǒng)的的非平衡動力學(xué)研究成為可能;另一方面,通過選取合適的張量網(wǎng)絡(luò),再運(yùn)用含時(shí)變分原理,我們可以精確的模擬一維粒子數(shù)為100的格點(diǎn)系統(tǒng)長達(dá)500
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