自旋系统作为曲线时空中量子场论的量子模拟器
高能物理 - 理论
2025-05-28 v2 量子气体
统计力学
广义相对论与量子宇宙学
量子物理
摘要
我们展示了量子场论（QFT）在一般二维曲线时空中可由量子自旋或量子比特系统实现。我们考虑一个在一维环上、具有时空可变交换耦合和磁场的自旋1/2模型。该模型在连续极限下还原为Majorana费米子的QFT。通过这种对应关系，我们建立了自旋模型参数与QFT定义时所依赖一般度规之间的翻译字典。针对一般情况后，我们以菲尔曼-莱米特-罗伯逊沃克 (FLRW) 度规为例。根据字典，FLRW度规上的Majorana费子QFT对应于具有时变横向磁场的伊辛模型。我们通过增加横向磁场强度，演示了在扩张宇宙中产生Majorana粒子可由横向场伊辛模型实现。此外，我们通过该译述方法性地检验了Unruh效应，并显示了自旋系统中纠缠（或模块）Hamiltonian与Rindler哈密顿量之间的直接关系。该方法为探索曲线时空中QFT各种现象提供了可实验的系统，同时也为受曲线时空物理启发的自旋系统中非平凡现象的发现指开辟了道路。它为曲线时空中的QFT及量子many-body自旋系统提供了全新视角，揭示了这些领域之间深刻的联系。
关键词
引用
@article{arxiv.2410.07587,
title = {Spin systems as quantum simulators of quantum field theories in curved spacetimes},
author = {Shunichiro Kinoshita and Keiju Murata and Daisuke Yamamoto and Ryosuke Yoshii},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.07587},
year = {2025}
}
备注
16 pages, 3 figures, v2: Typos fixed, reference added