量子互信息是表征量子多体系统关联的重要工具,但其数值计算成本通常高得令人望而却步。尽管雷尼互信息(Rényi Mutual Information, RMI)的部分变体在计算上更易处理,但目前尚不清楚它们能否正确捕捉长波物理,还是会受紫外(UV)效应主导——这一点在晶格模拟中至关重要。我们针对具有共形场论描述的模型基态,分析了晶格效应对α-z雷尼互信息族的相关性。以无质量自由费米子为例,我们在α-z平面中识别出了晶格导致的RMI修正分别为相关和不相关的不同区域。我们还通过横向场伊辛模型(transverse field Ising model, TFIM)的矩阵乘积态(MPS)计算进一步佐证了这些发现。我们的研究结果,连同开源Julia包QMICalc.jl,为在量子多体物理数值计算中使用RMI提供了指导。
英文摘要:
Quantum mutual information is an important tool for characterizing correlations in quantum many-body systems, but its numerical evaluation is often prohibitively expensive. While some variants of Rényi Mutual Information (RMI) are computationally more tractable, it is not clear whether they correctly capture the long-wavelength physics or are dominated by UV effects, which is of key importance in lattice simulations. We analyze the relevance of lattice effects on the family of $α$-$z$ Rényi mutual informations for ground states of models with conformal field theory descriptions. On the example of massless free fermions we identify distinct regions in the $α$-$z$ plane, where RMI corrections due to the lattice are relevant or irrelevant. We further support these findings with MPS calculations on the transverse field Ising model (TFIM). Our results, accompanied by the open-source Julia package QMICalc$.$jl, provide guidance to using RMI in quantum-many body physics numerical computations.
Geometrical mutual information at the tricritical point of the two-dimensional Blume-Capel model
正方晶格上自旋为1的经典Blume-Capel模型在1+1时空维中表现出有限温度的相变,由三临界Ising CFT描述。这种相变可以用经典的蒙特卡罗模拟来实现,通过复制技巧计算,可以用来研究被分成两个圆柱体的环面的经典Rényi熵的形状依赖性。从第二Rényi熵,我们计算几何互信息(GMI)介绍了斯蒂芬等。[Phys. Rev. Lett. 112,127204(2014)],并使用它来提取三临界点附近的中心荷值的数值估计。通过与已知的CFT结果$c=7/10$的比较,我们展示了如何使用这种类型的GMI计算来估计相图中三临界点的位置。
Non-Markovianity through flow of information between a system and an environment
在开放量子系统的动力学研究中,量子系统与其周围环境之间的信息交换起着基础性的作用。在这里,我们讨论的信息交换的作用,在非马尔可夫行为的动态量子过程的退相干方法,在这里我们考虑一个量子系统,最初与其测量设备,这反过来又与环境相互作用。我们引入了一种新的方式来看待系统和环境之间的信息交换使用量子损失,这是密切相关的非马尔可夫度量的基础上的量子互信息。我们还推广了[Phys. Rev. Lett. 112,210402(2014)],提供了对使用可访问信息来量化从环境到系统的信息回流的更详细的调查。此外,我们揭示了一个明确的概念之间的关系纠缠和互信息的非马尔可夫度量的量子损失和可访问的信息。在两个理论例子中,我们比较了研究信息流的不同方法。我们还介绍了一个二能级系统在零温度振幅阻尼过程中的量子损失和可获得信息的实验研究结果。我们使用光学方法,允许完全访问环境的状态。