林海onrush
(2024-10-15 05:09):
#paper, Anyons in an exactly solved model and beyond, https://doi.org/10.1016/j.aop.2005.10.005, 任意子的经典之作、堪称诺奖分量,Alexei Kitaev撰写的经典论文《任意子在一个精确可解模型及其扩展中的表现》探讨了任意子(Anyons)的性质。任意子是一种只能在二维空间中出现的具有特殊统计特性的粒子。研究集中研究了一个基于蜂窝晶格的自旋1/2系统,其最近邻的自旋之间存在XX、YY或ZZ类型的相互作用。通过将该系统简化为一个静态Z2规范场中的自由费米子系统,作者精确地解决了这个模型。
描述了两个主要的物理相位:
阿贝尔任意子(Abelian Anyons):在其中一个具有能隙的相位中,系统中会出现阿贝尔任意子。这些任意子的交换仅会导致相位偏移,表现出简化的编织规则。阿贝尔任意子的激发是稳定的,并表现出分数统计,这是拓扑序的典型特征。
非阿贝尔任意子(Non-Abelian Anyons):在另一个相位中,尽管系统本身无能隙,但当引入磁场时,系统会形成能隙。在这个相位中,激发变为非阿贝尔任意子,其编织规则更加复杂,类似于Ising模型中的共形块。非阿贝尔任意子具有处理量子计算的潜力,因为其量子态可以通过编织操作来操控。
使用的关键数学工具包括:
Majorana费米子:论文通过将自旋用Majorana费米子表示,解决了该模型。Majorana费米子是一种实费米子算符,能够将自旋系统转化为可解的二次费米子系统。
陈数(Chern number):论文引入了一个谱陈数ν来表征不同的相位,阿贝尔相位对应ν = 0,而非阿贝尔相位则对应ν = ±1。
同时探讨了边界模、热传导以及任意子的代数理论。Kitaev详细描述了这些准粒子的性质及其在拓扑量子计算中的潜在应用。拓扑有序态被证明可以作为一种稳健的量子记忆和计算平台,因为它们对局部扰动具有良好的保护作用。任意子在拓扑量子计算中的应用潜力巨大,其中量子信息编码在非阿贝尔任意子的量子态中,通过编织这些粒子来实现量子门操作。这种“纯拓扑”方案提供了一种稳健的量子计算方法。
Annals of Physics,
2006-1.
DOI: 10.1016/j.aop.2005.10.005
Anyons in an exactly solved model and beyond
翻译
Abstract:
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