Pulsating strings from two-dimensional CFT on (T-4)(N)/S(N)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Finite-size corrections of the entanglement entropy of critical quantum chains

Using the density matrix renormalization group, we calculated the finite-size corrections of the entanglement alpha-Renyi entropy of a single interval for several critical quantum chains. We considered models with U(1) symmetry such as the spin-1/2 XXZ and spin-1 Fateev-Zamolodchikov models, as well as models with discrete symmetries such as the Ising, the Blume-Capel, and the three-state Potts models. These corrections contain physically relevant information. Their amplitudes, which depend on the value of a, are related to the dimensions of operators in the conformal field theory governing the long-distance correlations of the critical quantum chains. The obtained results together with earlier exact and numerical ones allow us to formulate some general conjectures about the operator responsible for the leading finite-size correction of the alpha-Renyi entropies. We conjecture that the exponent of the leading finite-size correction of the alpha-Renyi entropies is p(alpha) = 2X(epsilon)/alpha for alpha > 1 and p(1) = nu, where X-epsilon denotes the dimensions of the energy operator of the model and nu = 2 for all the models.

Entanglement of excited states in critical spin chains

Renyi and von Neumann entropies quantifying the amount of entanglement in ground states of critical spin chains are known to satisfy a universal law which is given by the conformal field theory (CFT) describing their scaling regime. This law can be generalized to excitations described by primary fields in CFT, as was done by Alcaraz et al in 2011 (see reference [1], of which this work is a completion). An alternative derivation is presented, together with numerical verifications of our results in different models belonging to the c = 1, 1/2 universality classes. Oscillations of the Renyi entropy in excited states are also discussed.

Universal behavior of the Shannon mutual information of critical quantum chains

We consider the Shannon mutual information of subsystems of critical quantum chains in their ground states. Our results indicate a universal leading behavior for large subsystem sizes. Moreover, as happens with the entanglement entropy, its finite-size behavior yields the conformal anomaly c of the underlying conformal field theory governing the long-distance physics of the quantum chain. We study analytically a chain of coupled harmonic oscillators and numerically the Q-state Potts models (Q = 2, 3, and 4), the XXZ quantum chain, and the spin-1 Fateev-Zamolodchikov model. The Shannon mutual information is a quantity easily computed, and our results indicate that for relatively small lattice sizes, its finite-size behavior already detects the universality class of quantum critical behavior.

Entanglement entropy in 1-d quantum spin chains

In questa tesi abbiamo studiato il comportamento delle entropie di Entanglement e dello spettro di Entanglement nel modello XYZ attraverso delle simulazioni numeriche. Le formule per le entropie di Von Neumann e di Renyi nel caso di una catena bipartita infinita esistevano già, ma mancavano ancora dei test numerici dettagliati. Inoltre, rispetto alla formula per l'Entropia di Entanglement di J. Cardy e P. Calabrese per sistemi non critici, tali relazioni presentano delle correzioni che non hanno ancora una spiegazione analitica: i risultati delle simulazioni numeriche ne hanno confermato la presenza. Abbiamo inoltre testato l'ipotesi che lo Schmidt Gap sia proporzionale a uno dei parametri d'ordine della teoria, e infine abbiamo simulato numericamente l'andamento delle Entropie e dello spettro di Entanglement in funzione della lunghezza della catena di spin. Ciò è stato possibile solo introducendo dei campi magnetici ''ad hoc'' nella catena, con la proprietà che l'andamento delle suddette quantità varia a seconda di come vengono disposti tali campi. Abbiamo quindi discusso i vari risultati ottenuti.

NS5-branes, holography and CFT deformations

A few supergravity solutions representing configurations of NS5-branes admit exact conformal field theory (CFT) description. Deformations of these solutions should be described by exactly marginal operators of the corresponding theories. We briefly review the essentials of these constructions and present, as a new case, the operators responsible for turning on angular momentum.

Quantisation of the bosonic string

In this work we review the basic principles of the theory of the relativistic bosonic string through the study of the action functionals of Nambu-Goto and Polyakov and the techniques required for their canonical, light-cone, and path-integral quantisation. For this purpose, we briefly review the main properties of the gauge symmetries and conformal field theory involved in the techniques studied.

T-Q relation and exact solution for the XYZ chain with general non-diagonal boundary terms

We propose that the Baxter's Q-operator for the quantum XYZ spin chain with open boundary conditions is given by the j -> infinity limit of the corresponding transfer matrix with spin-j (i.e., (2j + I)-dimensional) auxiliary space. The associated T-Q relation is derived from the fusion hierarchy of the model. We use this relation to determine the Bethe Ansatz solution of the eigenvalues of the fundamental transfer matrix. The solution yields the complete spectrum of the Hamiltonian. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Entanglement and boundary critical phenomena

We investigate boundary critical phenomena from a quantum-information perspective. Bipartite entanglement in the ground state of one-dimensional quantum systems is quantified using the Renyi entropy S-alpha, which includes the von Neumann entropy (alpha -> 1) and the single-copy entanglement (alpha ->infinity) as special cases. We identify the contribution of the boundaries to the Renyi entropy, and show that there is an entanglement loss along boundary renormalization group (RG) flows. This property, which is intimately related to the Affleck-Ludwig g theorem, is a consequence of majorization relations between the spectra of the reduced density matrix along the boundary RG flows. We also point out that the bulk contribution to the single-copy entanglement is half of that to the von Neumann entropy, whereas the boundary contribution is the same.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

Représentations et fusion des algèbres de Temperley-Lieb originale et diluée

Les algèbres de Temperley-Lieb originales, aussi dites régulières, apparaissent dans de nombreux modèles statistiques sur réseau en deux dimensions: les modèles d'Ising, de Potts, des dimères, celui de Fortuin-Kasteleyn, etc. L'espace d'Hilbert de l'hamiltonien quantique correspondant à chacun de ces modèles est un module pour cette algèbre et la théorie de ses représentations peut être utilisée afin de faciliter la décomposition de l'espace en blocs; la diagonalisation de l'hamiltonien s'en trouve alors grandement simplifiée. L'algèbre de Temperley-Lieb diluée joue un rôle similaire pour des modèles statistiques dilués, par exemple un modèle sur réseau où certains sites peuvent être vides; ses représentations peuvent alors être utilisées pour simplifier l'analyse du modèle comme pour le cas original. Or ceci requiert une connaissance des modules de cette algèbre et de leur structure; un premier article donne une liste complète des modules projectifs indécomposables de l'algèbre diluée et un second les utilise afin de construire une liste complète de tous les modules indécomposables des algèbres originale et diluée. La structure des modules est décrite en termes de facteurs de composition et par leurs groupes d'homomorphismes. Le produit de fusion sur l'algèbre de Temperley-Lieb originale permet de «multiplier» ensemble deux modules sur cette algèbre pour en obtenir un autre. Il a été montré que ce produit pouvait servir dans la diagonalisation d'hamiltoniens et, selon certaines conjectures, il pourrait également être utilisé pour étudier le comportement de modèles sur réseaux dans la limite continue. Un troisième article construit une généralisation du produit de fusion pour les algèbres diluées, puis présente une méthode pour le calculer. Le produit de fusion est alors calculé pour les classes de modules indécomposables les plus communes pour les deux familles, originale et diluée, ce qui vient ajouter à la liste incomplète des produits de fusion déjà calculés par d'autres chercheurs pour la famille originale. Finalement, il s'avère que les algèbres de Temperley-Lieb peuvent être associées à une catégorie monoïdale tressée, dont la structure est compatible avec le produit de fusion décrit ci-dessus. Le quatrième article calcule explicitement ce tressage, d'abord sur la catégorie des algèbres, puis sur la catégorie des modules sur ces algèbres. Il montre également comment ce tressage permet d'obtenir des solutions aux équations de Yang-Baxter, qui peuvent alors être utilisées afin de construire des modèles intégrables sur réseaux.

Quantum integrability as a new method for exact results on N=2 supersymmetric gauge theories and black holes

In this thesis I show a triple new connection we found between quantum integrability, N=2 supersymmetric gauge theories and black holes perturbation theory. I use the approach of the ODE/IM correspondence between Ordinary Differential Equations (ODE) and Integrable Models (IM), first to connect basic integrability functions - the Baxter’s Q, T and Y functions - to the gauge theory periods. This fundamental identification allows several new results for both theories, for example: an exact non linear integral equation (Thermodynamic Bethe Ansatz, TBA) for the gauge periods; an interpretation of the integrability functional relations as new exact R-symmetry relations for the periods; new formulas for the local integrals of motion in terms of gauge periods. This I develop in all details at least for the SU(2) gauge theory with Nf=0,1,2 matter flavours. Still through to the ODE/IM correspondence, I connect the mathematically precise definition of quasinormal modes of black holes (having an important role in gravitational waves’ obervations) with quantization conditions on the Q, Y functions. In this way I also give a mathematical explanation of the recently found connection between quasinormal modes and N=2 supersymmetric gauge theories. Moreover, it follows a new simple and effective method to numerically compute the quasinormal modes - the TBA - which I compare with other standard methods. The spacetimes for which I show these in all details are in the simplest Nf=0 case the D3 brane in the Nf=1,2 case a generalization of extremal Reissner-Nordström (charged) black holes. Then I begin treating also the Nf=3,4 theories and argue on how our integrability-gauge-gravity correspondence can generalize to other types of black holes in either asymptotically flat (Nf=3) or Anti-de-Sitter (Nf=4) spacetime. Finally I begin to show the extension to a 4-fold correspondence with also Conformal Field Theory (CFT), through the renowned AdS/CFT correspondence.

Derivation of the gauge-invariant action for open and closed free bosonic string field theories

The gauge-invariant actions for open and closed free bosonic string field theories are obtained from the string field equations in the conformal gauge using the cohomology operations of Banks and Peskin. For the closed-string theory no restrictions are imposed on the gauge parameters.

One loop conformal invariance of the superstring in an AdS(5) x S-5 background

It is proven that the pure spinor superstring in an AdS(5) x S-5 background remains conformally invariant at one loop level in the sigma model perturbation theory.

Quantum states, thermodynamic limits, and entropy in M theory

We discuss the matching of the BPS part of the spectrum for a (super) membrane, which gives the possibility of getting the membrane's results via string calculations. In the small coupling limit of M theory the entropy of the system coincides with the standard entropy of type IIB string theory (including the logarithmic correction term). The thermodynamic behavior at a large coupling constant is computed by considering M theory on a manifold with a topology T-2 x R-9. We argue that the finite temperature partition functions (brane Laurent series for p not equal 1) associated with the BPS p-brane spectrum can be analytically continued to well-defined functionals. It means that a finite temperature can be introduced in brane theory, which behaves like finite temperature field theory. In the limit p --> 0 (point particle limit) it gives rise to the standard behavior of thermodynamic quantities.