Simulação de Monte Carlo: de modelos de spin à teoria de campos na rede

Pós-graduação em Física - IFT

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.

Some aspects of self-duality and generalised BPS theories

If a scalar eld theory in (1+1) dimensions possesses soliton solutions obeying rst order BPS equations, then, in general, it is possible to nd an in nite number of related eld theories with BPS solitons which obey closely related BPS equations. We point out that this fact may be understood as a simple consequence of an appropriately generalised notion of self-duality. We show that this self-duality framework enables us to generalize to higher dimensions the construction of new solitons from already known solutions. By performing simple eld transformations our procedure allows us to relate solitons with di erent topological properties. We present several interesting examples of such solitons in two and three dimensions.

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.

Critical behavior of su(1|1) supersymmetric spin chains with long-range interactions

We introduce a general class of su(1|1) supersymmetric spin chains with long-range interactions which includes as particular cases the su(1|1) Inozemtsev (elliptic) and Haldane-Shastry chains, as well as the XX model. We show that this class of models can be fermionized with the help of the algebraic properties of the su(1|1) permutation operator and take advantage of this fact to analyze their quantum criticality when a chemical potential term is present in the Hamiltonian. We first study the low-energy excitations and the low-temperature behavior of the free energy, which coincides with that of a (1+1)-dimensional conformal field theory (CFT) with central charge c=1 when the chemical potential lies in the critical interval (0,E(π)), E(p) being the dispersion relation. We also analyze the von Neumann and Rényi ground state entanglement entropies, showing that they exhibit the logarithmic scaling with the size of the block of spins characteristic of a one-boson (1+1)-dimensional CFT. Our results thus show that the models under study are quantum critical when the chemical potential belongs to the critical interval, with central charge c=1. From the analysis of the fermion density at zero temperature, we also conclude that there is a quantum phase transition at both ends of the critical interval. This is further confirmed by the behavior of the fermion density at finite temperature, which is studied analytically (at low temperature), as well as numerically for the su(1|1) elliptic chain.

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.

Studies on Quasinormal Modes and Late-time Tails in Black Hole Spacetimes

Black hole's response to external perturbations will carry significant information about these exotic objects. Its response, shortly after the initial `kick', is known to be ruled by the damped oscillation of the perturbating eld, called quasinormal modes(QNMs), followed by the tails of decay and is the characteristic of the background black hole spacetime. In the last three decades, several shortcomings came out in the Einstein's General Theory of Relativity(GTR). Such issues come, especially, from observational cosmology and quantum eld theory. In the rst case, for example, the observed accelerated expansion of the universe and the hypothesized mysterious dark energy still lack a satisfactory explanation. Secondly, GTR is a classical theory which does not work as a fundamental theory, when one wants to achieve a full quantum description of gravity. Due to these facts modi cation to GTR or alternative theories for gravity have been considered. Two potential approaches towards these problems are the quintessence model for dark energy and Ho rava-Lifshitz(HL) gravity. Quintessence is a dynamical model of dark energy which is often realized by scalar eld mechanism. HL gravity is the recently proposed theory of gravity, which is renormalizable in power counting arguments. The two models are considered as a potential candidate in explaining these issues.

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.

Gauge theory of a group of diffeomorphisms. II. The conformal and de Sitter groups

The extension of Hehl's Poincaré gauge theory to more general groups that include space-time diffeomorphisms is worked out for two particular examples, one corresponding to the action of the conformal group on Minkowski space, and the other to the action of the de Sitter group on de Sitter space, and the effect of these groups on physical fields.