A new numerical approach to strongly correlated quantum physics in 2D.

二维强相关量子物理的新数值方法。

基本信息

  • 批准号:
    EP/L010623/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.78万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Fellowship
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2014 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum physics in two dimensions is technologically relevant and fundamentally interesting; it is also difficult - available methods are generally limited to small system sizes or unrealistic approximations. The main problem is the number of degrees of freedom one must consider, which grows exponentially with system size. Methods for solving anything but the most trivial problems must select which of these degrees of freedom really matter and discard the rest. The technique known as the 'density matrix renormalisation group' (DMRG) has revolutionised numerical studies of quantum systems by selecting the essential degrees of freedom in a remarkably efficient manner. DMRG has proven to be a highly accurate and robust tool for calculating properties of materials that are quasi-1D: systems that can be described as a one dimensional lattice or 'chain' of sites. Unfortunately this method stumbles in two spatial dimensions and above - it quickly becomes inefficient as system size grows.A result from quantum information theory, known as the 'area law' shows the failure of conventional 2D DMRG is linked to the enhanced growth of quantum entanglement above 1D. Too much entanglement between different subregions of the system causes DMRG to grind to a halt. The area law states that entanglement scales with the boundary or 'area' between two subregions. In 1D the boundary can only be one or two points, independent of the total system size. In 2D the area will in fact scale like the perimeter of a subregion. In other words, it will increase linearly as the system gets bigger, until the DMRG approach is too inefficient to be useful.Effective numerical techniques are vital because analytic methods based on simple approximations fail for the most interesting problems, where quantum fluctuations are dominant, while more sophisticated exact approaches available in 1D do not have analogues in higher dimensions.By considering the anisotropic 2D case of a coupled array of exactly solvable chains we can minimise the relevant boundary area, thus minimising the entanglement problem. Combining the properties of the exactly solvable subunits with the power of DMRG, leads to an algorithm that can efficiently perform larger scale simulations than competing techniques.Using an anisotropic representation does not prohibit us from the applying the results to isotropic systems as we are generally interested in 'universal' quantities that are independent of such microscopic details.I intend to develop this algorithm beyond its proof-of-concept implementation into a general tool for studying the properties of two dimensional quantum systems, including their quantum information content.In so doing, I will apply it to an important benchmark problem, relevant to the cuprate high temperature superconductors (materials that conduct electricity without resistance). I will also take advantage of the underlying 'matrix product state' structure of the technique to extend it to the emerging field of out-of-equilibrium quantum problems, where a system is 'quenched' by suddenly changing one of its properties (for example the strength of interactions).
二维量子物理学在技术上是相关的,从根本上是有趣的;它也很困难-可用的方法通常限于小系统大小或不切实际的近似值。主要问题是必须考虑的自由度的数量,它随着系统大小呈指数增长。除了最琐碎的问题之外,解决任何问题的方法都必须选择这些自由度中真正重要的那个,而放弃其余的。这种被称为“密度矩阵重整化群”(DMRG)的技术通过以一种非常有效的方式选择基本自由度,彻底改变了量子系统的数值研究。DMRG已被证明是一种高度精确和强大的工具,用于计算准一维材料的性质:可以被描述为一维晶格或“链”的系统。不幸的是,这种方法在两个或以上的空间维度上出错了——随着系统大小的增长,它很快变得低效。量子信息理论的一个结果,被称为“面积定律”,表明传统二维DMRG的失败与一维以上量子纠缠的增强增长有关。系统的不同子区域之间过多的纠缠会导致DMRG逐渐停止。面积定律指出,缠结与两个子区域之间的边界或“面积”有关。在一维中,边界只能是一个或两个点,与系统的总尺寸无关。在二维图像中,这个区域实际上相当于一个子区域的周长。换句话说,它将随着系统变大而线性增加,直到DMRG方法效率太低而无法使用。有效的数值技术至关重要,因为基于简单近似的分析方法无法解决量子涨落占主导地位的最有趣的问题,而一维中可用的更复杂的精确方法在高维中没有类似的方法。通过考虑精确可解链耦合阵列的各向异性二维情况,我们可以最小化相关的边界面积,从而最小化纠缠问题。将精确可解子单元的特性与DMRG的功能相结合,导致一种算法可以比竞争技术有效地执行更大规模的模拟。使用各向异性表示并不妨碍我们将结果应用于各向同性系统,因为我们通常对独立于这些微观细节的“普遍”量感兴趣。我打算把这个算法发展成一个通用的工具,用于研究二维量子系统的特性,包括它们的量子信息内容。在此过程中,我将把它应用于一个重要的基准问题,与铜高温超导体(无电阻导电的材料)有关。我还将利用该技术的基础“矩阵积态”结构,将其扩展到非平衡量子问题的新兴领域,其中系统通过突然改变其属性之一(例如相互作用的强度)而“淬灭”。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Signatures of rare states and thermalization in a theory with confinement
  • DOI:
    10.1103/physrevb.99.195108
  • 发表时间:
    2019-05-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Robinson, Neil J.;James, Andrew J. A.;Konik, Robert M.
  • 通讯作者:
    Konik, Robert M.
Non-perturbative methodologies for low-dimensional strongly-correlated systems: From non-abelian bosonization to truncated spectrum methods
低维强相关系统的非微扰方法:从非阿贝尔玻色子化到截断谱方法
  • DOI:
    10.48550/arxiv.1703.08421
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    James A
  • 通讯作者:
    James A
Nonthermal States Arising from Confinement in One and Two Dimensions
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.122.130603
  • 发表时间:
    2019-04-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    James, Andrew J. A.;Konik, Robert M.;Robinson, Neil J.
  • 通讯作者:
    Robinson, Neil J.
Quantum quenches in two spatial dimensions using chain array matrix product states
使用链阵列矩阵积态在两个空间维度进行量子淬灭
  • DOI:
    10.1103/physrevb.92.161111
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    James A
  • 通讯作者:
    James A
Itinerant effects and enhanced magnetic interactions in Bi-based multilayer cuprates
  • DOI:
    10.1103/physrevb.90.220506
  • 发表时间:
    2014-12-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Dean, M. P. M.;James, A. J. A.;Hill, J. P.
  • 通讯作者:
    Hill, J. P.
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Andrew James其他文献

Outcomes of preterm infants <29 weeks gestation over 10-year period in Canada: a cause for concern?
加拿大 10 年间妊娠 <29 周的早产儿的结局:值得关注吗?
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    P. Shah;K. Sankaran;K. Aziz;A. Allen;M. Seshia;A. Ohlsson;Shoo K. Lee;Shoo K. Lee;P. Shah;W. Andrews;K. Barrington;W. Yee;Barbara Bullied;R. Canning;Gerard Cronin;K. Dow;M. Dunn;A. Harrison;Andrew James;Z. Kalapesi;L. Kovács;O. Silva;D. McMillan;P. Shah;C. Ojah;A. Peliowski;K. Aziz;B. Piedboeuf;P. Riley;D. Faucher;Nicole Rouvinez;K. Sankaran;M. Seshia;S. Shivananda;Z. Cieslak;A. Synnes;H. Walti
  • 通讯作者:
    H. Walti
Language Matters: An Investigation into Cliche in The Light of Day
语言很重要:对日常陈词滥调的调查
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ADACHI;Reito (単著);寺田龍男;Reito Adachi;Tatsuo Terada;寺田龍男;Terada Tatsuo;寺田龍男;ジェームズ・アンドリュー;Andrew James;Andrew James
  • 通讯作者:
    Andrew James
Unveiling Creative Subplots Through the Non-Traditional Application of Diagrammatic Iconicity: An Analysis of Kingsley Amis's The Green Man
通过图解象征性的非传统应用揭示创意次要情节:金斯利·艾米斯的《绿人》分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ADACHI;Reito (単著);寺田龍男;Reito Adachi;Tatsuo Terada;寺田龍男;Terada Tatsuo;寺田龍男;ジェームズ・アンドリュー;Andrew James;Andrew James;Andrew James;ジェームズ・アンドリュー;Andrew James
  • 通讯作者:
    Andrew James
David Lodge's Therapy: Writing Fiction from a Poetic Sensibility
大卫·洛奇的疗法:用诗意的情感写小说
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ADACHI;Reito (単著);寺田龍男;Reito Adachi;Tatsuo Terada;寺田龍男;Terada Tatsuo;寺田龍男;ジェームズ・アンドリュー;Andrew James;Andrew James;Andrew James;ジェームズ・アンドリュー;Andrew James;Andrew James;ジェームズ・アンドリュー;ジェームズ・アンドリュー;ジェームズ・アンドリュー;ジェームズ・アンドリュー;ジェームズ・アンドリュー;ジェームズ・アンドリュー;Andrew James;Andrew James;Andrew James;Andrew James
  • 通讯作者:
    Andrew James
Big Data in the Intensive Care Unit
重症监护病房中的大数据

Andrew James的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Andrew James', 18)}}的其他基金

Science and technology in the service of the State: Understanding mission-oriented research systems in a changing world
科学技术为国家服务:理解不断变化的世界中以任务为导向的研究系统
  • 批准号:
    ES/K011278/1
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Research Grant

相似国自然基金

超声行波微流体驱动机理的试验研究
  • 批准号:
    51075243
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    39.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
关于图像处理模型的目标函数构造及其数值方法研究
  • 批准号:
    11071228
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
非管井集水建筑物取水机理的物理模拟及计算模型研究
  • 批准号:
    40972154
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    41.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
孔隙介质中化学渗流溶解面非稳定性的理论分析与数值模拟实验研究
  • 批准号:
    10872219
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

A new approach to reconstruct tsunami history: assessments based on identification and numerical modeling of erosional features
重建海啸历史的新方法:基于侵蚀特征识别和数值模拟的评估
  • 批准号:
    23H01252
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Novel NEK2 signaling pathways in myeloma progression - Bauer Diversity Supplement
骨髓瘤进展中的新 NEK2 信号通路 - Bauer Diversity Supplement
  • 批准号:
    10598777
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
Finite Strain with large rotations: A new hybrid numerical/experimental approach
大旋转有限应变:一种新的混合数值/实验方法
  • 批准号:
    DP140103015
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
A new approach to guaranteeing physical wave propagation on triangular meshes for numerical weather prediction
保证数值天气预报三角网格上物理波传播的新方法
  • 批准号:
    NE/I016007/1
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Research Grant
SGER: Exploratory Research on a New Advancing Front Approach for Numerical Grid Generation
SGER:数值网格生成新前沿方法的探索性研究
  • 批准号:
    0414702
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Synthetic approach for new developments of self-validating numerics
自验证数值新发展的综合方法
  • 批准号:
    13440035
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Variability in new production and recycling efficiency in planktonic food webs: a numerical modelling approach
浮游食物网中新生产和回收效率的变化:数值建模方法
  • 批准号:
    43790-1997
  • 财政年份:
    2000
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Variability in new production and recycling efficiency in planktonic food webs: a numerical modelling approach
浮游食物网中新生产和回收效率的变化:数值建模方法
  • 批准号:
    43790-1997
  • 财政年份:
    1999
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Variability in new production and recycling efficiency in planktonic food webs: a numerical modelling approach
浮游食物网中新生产和回收效率的变化:数值建模方法
  • 批准号:
    43790-1997
  • 财政年份:
    1998
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Variability in new production and recycling efficiency in planktonic food webs: a numerical modelling approach
浮游食物网中新生产和回收效率的变化:数值建模方法
  • 批准号:
    43790-1997
  • 财政年份:
    1997
  • 资助金额:
    $ 41.78万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了