自旋液体是拓扑序吗?

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自旋液体是拓扑序吗?

2023-03-28 19:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

看了一下前面的回答,我觉得说的并不准确。并不是说,有能隙的自旋液体就是拓扑序。一言以蔽之:拓扑相(拓扑序)是稳定的有能隙量子液体相,topological order =stable gapped quantum liquid phase。这里的stable指的是拓扑简并性的存在性,也就是说,基态的简并度对于局部扰动是stable的。

所以他们的差别主要在于stable,而不是是否有能隙。当然,在研究拓扑序的过程中,我们一般会强调能隙的存在,这是因为无能隙的广为接受的拓扑序的定义尚未完全建立(现在也许部分地被建立了?可以参考孔良,郑浩,文小刚这方面的新工作),也可以参考我之前的回答

虽然拓扑序有一些典型信号是:拓扑简并,拓扑纠缠熵,分数化电荷和分数化统计。但其实,自旋液体也具有一些类似的特征。尤其分数化电荷和分数化统计,也是gapped自旋液体的显著特征。但拓扑简并和拓扑纠缠熵却是一个本质特征。尤其拓扑纠缠熵是universal的,他可以用来区辨不同的拓扑序。所以,简单来说,我们有

在曾蓓,陈谐,文小刚,周端陆的新书《quantum information meets quantum matter》中详细解释了这个问题。

我们可以将一个phase定义成一些了哈密顿量和与之对应的基态空间的等价类 \{H_{k},\mathcal{H}_k\} ,而且要注意,定义一个phase,必须实在给定的一堆哈密顿量和希尔伯特空间的集合内去定义。拿Ising模型来举例,你想定义铁磁相或顺磁相,这时候,你会有一族哈密顿量 H_{Ising}^{N_k}(J,B)=-J\sum_{i=1}^{N_k}S_iS_{i+1}-B\sum_{i=1}^{N_k}S_i ,其中 N_k 代表的是粒子数。我们这里写成了一维形式,但由于一维不存在零温想变,所以就理解成是高维的就可以。所谓铁磁相就指的是这一堆哈密顿量中的一些等价类,而顺磁相也是一样的。他们都是依据 J,B 的关系进行分类的。但满足给定关系的J,B的可能取值有很多,他们构成一个等价类。那自然的问题就是,给定粒子数的情况下,两个哈密顿量等价应该怎么定义: H_{Ising}^{N_k}(J,B)\sim H_{Ising}^{N_k}(J',B') 。但因为我们考虑的是量子相(全是零温),所以这种等价关系可以很自然地用基态空间的关系来定义。从这种角度出发,可以给出下面的定义

gapped quantum phase:两个gapped量子系统 \{H_{N_k}\} 和 \{H'_{N_k}\} (注意他们都是一组哈密顿量,并且gapped量子系统也是有严格定义的,也就是数各个哈密顿量要满足一定的约束)等价当且仅当对于所有给定的粒子数,他们的基态空间可以被局部酉变换(LU)所联结。一个等价类就称为一个gapped量子相。gapped quantum liquid phase:两个两个gapped量子自旋液体系统\{H_{N_k}\} 和 \{H'_{N_k}\} (注意他们都是一组哈密顿量,并且gapped量子自旋液体系统也是有严格定义的,也就是数各个哈密顿量要满足一定的约束)等价当且仅当对于所有给定的粒子数,他们的基态空间可以被局部酉变换(LU)所联结。一个等价类就称为一个gapped量子液体相。topologically ordered phase(序参量就是拓扑序):为了定义拓扑序,我们需要stable的概念,一个量子系统称为是stable的,当且仅当,在热力学极限下,系统的基态简并度对局域微扰是稳定的。那这样的话,我们就可以定义拓扑序是stable的gapped量子自旋液体相。这个定义的直接结果就是拓扑简并是拓扑序的一大本质特征。

从态的角度看,拓扑序是一些具有长程纠缠的量子态的等价类,等价关系是generalized stochastic local transformation。所以说拓扑序的物理本质就是长程纠缠,不同拓扑序的差别在于长程纠缠pattern的不同。为了区辨不同的拓扑序,我们可以定义拓扑激发,因为拓扑激发是universal的性质,不同拓扑序的拓扑激发不一样,所以拓扑序也就不一样。2d情形下,拓扑激发是由unitary modular tensor category(UMTC)来给出的。所以常常就直接用不同的UMTC来称呼各自的拓扑序。Toric code是一种特殊的拓扑序,他的拓扑序是由UMTC \mathfrak{D}(\mathbb{Z}_2) 给出的。根据你的描述,无法看出slave boson方法所针对的是那个系统,所以就很难说他们之间的关系是什么了。slave boson只是一种方法。



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