Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Theory of free fermions dynamics under partial post-selected monitoring

Published 21 Dec 2023 in quant-ph, cond-mat.dis-nn, cond-mat.mes-hall, and cond-mat.str-el | (2312.14022v1)

Abstract: Monitored quantum systems undergo Measurement-induced Phase Transitions (MiPTs) stemming from the interplay between measurements and unitary dynamics. When the detector readout is post-selected to match a given value, the dynamics is generated by a Non-Hermitian Hamiltonian with MiPTs characterized by different universal features. Here, we derive a partial post-selected stochastic Schr\"odinger equation based on a microscopic description of continuous weak measurement. This formalism connects the monitored and post-selected dynamics to a broader family of stochastic evolution. We apply the formalism to a chain of free fermions subject to partial post-selected monitoring of local fermion parities. Within a 2-replica approach, we obtained an effective bosonized Hamiltonian in the strong post-selected limit. Using a renormalization group analysis, we find that the universality of the non-Hermitian MiPT is stable against a finite (weak) amount of stochasticity. We further show that the passage to the monitored universality occurs abruptly at finite partial post-selection, which we confirm from the numerical finite size scaling of the MiPT. Our approach establishes a way to study MiPTs for arbitrary subsets of quantum trajectories and provides a potential route to tackle the experimental post-selected problem.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (55)
  1. B. Skinner, J. Ruhman, and A. Nahum, Physical Review X 9, 031009 (2019).
  2. Y. Li, X. Chen, and M. P. Fisher, Physical Review B 98, 205136 (2018).
  3. M. Szyniszewski, A. Romito, and H. Schomerus, Physical Review B 100, 064204 (2019).
  4. I. Google Quantum, A and Collaborators, Nature 622, 481–486 (2023).
  5. G. Kells, D. Meidan, and A. Romito, SciPost Physics 14, 031 (2023).
  6. C. Carisch, A. Romito, and O. Zilberberg, arXiv preprint arXiv:2304.02965  (2023).
  7. X. Cao, A. Tilloy, and A. De Luca, SciPost Physics 7, 024 (2019).
  8. O. Alberton, M. Buchhold, and S. Diehl, Physical Review Letters 126, 170602 (2021).
  9. K. Yamamoto and R. Hamazaki, Physical Review B 107, L220201 (2023).
  10. M. Szyniszewski, O. Lunt, and A. Pal, arXiv preprint arXiv:2211.02534  (2022).
  11. X. Turkeshi, L. Piroli, and M. Schiró, Physical Review B 106, 024304 (2022a).
  12. K. Chahine and M. Buchhold, arXiv preprint arXiv:2309.12391  (2023).
  13. Q. Tang and W. Zhu, Physical Review Research 2, 013022 (2020).
  14. M. Buchhold, T. Mueller, and S. Diehl, arXiv preprint arXiv:2208.10506  (2022).
  15. B. Ladewig, S. Diehl, and M. Buchhold, Physical Review Research 4, 033001 (2022).
  16. Y. Minoguchi, P. Rabl, and M. Buchhold, SciPost Phys. 12, 009 (2022).
  17. T. Müller, S. Diehl, and M. Buchhold, Physical Review Letters 128, 010605 (2022).
  18. T. Jin and D. G. Martin, arXiv preprint arXiv:2309.15034  (2023).
  19. T. Botzung, S. Diehl, and M. Müller, Physical Review B 104, 184422 (2021).
  20. A. Lavasani, Y. Alavirad, and M. Barkeshli, Physical review letters 127, 235701 (2021a).
  21. D. Rossini and E. Vicari, Physics Reports 936, 1 (2021).
  22. S. Sang and T. H. Hsieh, Physical Review Research 3, 023200 (2021).
  23. A. Lavasani, Y. Alavirad, and M. Barkeshli, Nature Physics 17, 342 (2021b).
  24. K. Kawabata, T. Numasawa, and S. Ryu, Physical Review X 13, 021007 (2023).
  25. X. Turkeshi and M. Schiró, Physical Review B 107, L020403 (2023).
  26. S. Gopalakrishnan and M. J. Gullans, Physical review letters 126, 170503 (2021).
  27. R. Hamazaki, K. Kawabata, and M. Ueda, Physical review letters 123, 090603 (2019).
  28. H.-G. Zirnstein, G. Refael, and B. Rosenow, Physical review letters 126, 216407 (2021).
  29. H.-G. Zirnstein and B. Rosenow, Physical Review B 103, 195157 (2021).
  30. S. Malzard, C. Poli, and H. Schomerus, Physical review letters 115, 200402 (2015).
  31. L. Herviou, N. Regnault, and J. H. Bardarson, SciPost Physics 7, 069 (2019).
  32. S. Yao and Z. Wang, Physical review letters 121, 086803 (2018).
  33. K. Jacobs, Quantum measurement theory and its applications (Cambridge University Press, 2014).
  34. Y. Le Gal, X. Turkeshi, and M. Schirò, SciPost Physics 14, 138 (2023).
  35. C. Zerba and A. Silva, arXiv preprint arXiv:2301.07383  (2023).
  36. M. Stefanini and J. Marino, arXiv preprint arXiv:2310.00039  (2023).
  37. L. Su, A. Clerk, and I. Martin, arXiv preprint arXiv:2306.07428  (2023).
  38. Q. Tang, X. Chen, and W. Zhu, Physical Review B 103, 174303 (2021).
  39. J. Despres, L. Mazza, and M. Schirò, arXiv preprint arXiv:2310.00985  (2023).
  40. P. Sprent and N. C. Smeeton, Applied nonparametric statistical methods (CRC press, 2007).
  41. Y. Bao, S. Choi, and E. Altman, Annals of Physics 435, 168618 (2021).
  42. Y. Bao, S. Choi, and E. Altman, Physical Review B 101, 104301 (2020).
  43. F. Evers and A. D. Mirlin, Reviews of Modern Physics 80, 1355 (2008).
  44. T. Giamarchi, Quantum physics in one dimension, Vol. 121 (Clarendon press, 2003).
  45. I. Klich and L. Levitov, Physical review letters 102, 100502 (2009).
  46. A. Jamiołkowski, Reports on Mathematical Physics 3, 275 (1972).
  47. M.-D. Choi, Linear algebra and its applications 10, 285 (1975).
  48. C. N. Yang and S. Zhang, Modern Physics Letters B 4, 759 (1990).
  49. D. Amit, Y. Goldschmidt, and S. Grinstein, Journal of Physics A: Mathematical and General 13, 585 (1980).
  50. Y. Le Gal, X. Turkeshi, and M. Schirò, To appear .
  51. E. Orignac and T. Giamarchi, Physical Review B 57, 5812 (1998).
  52. G. B. Mbeng, A. Russomanno, and G. E. Santoro, arXiv preprint arXiv:2009.09208 114 (2020).
  53. V. Alba, M. Fagotti, and P. Calabrese, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2009, P10020 (2009).
  54. B. Zeng and D.-L. Zhou, Europhysics Letters 113, 56001 (2016).
  55. A. W. Sandvik, in AIP Conference Proceedings, Vol. 1297 (American Institute of Physics, 2010) pp. 135–338.
Citations (6)

Summary

Paper to Video (Beta)

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 1 like about this paper.