Theory of free fermions dynamics under partial post-selected monitoring
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.
- B. Skinner, J. Ruhman, and A. Nahum, Physical Review X 9, 031009 (2019).
- Y. Li, X. Chen, and M. P. Fisher, Physical Review B 98, 205136 (2018).
- M. Szyniszewski, A. Romito, and H. Schomerus, Physical Review B 100, 064204 (2019).
- I. Google Quantum, A and Collaborators, Nature 622, 481–486 (2023).
- G. Kells, D. Meidan, and A. Romito, SciPost Physics 14, 031 (2023).
- C. Carisch, A. Romito, and O. Zilberberg, arXiv preprint arXiv:2304.02965 (2023).
- X. Cao, A. Tilloy, and A. De Luca, SciPost Physics 7, 024 (2019).
- O. Alberton, M. Buchhold, and S. Diehl, Physical Review Letters 126, 170602 (2021).
- K. Yamamoto and R. Hamazaki, Physical Review B 107, L220201 (2023).
- M. Szyniszewski, O. Lunt, and A. Pal, arXiv preprint arXiv:2211.02534 (2022).
- X. Turkeshi, L. Piroli, and M. Schiró, Physical Review B 106, 024304 (2022a).
- K. Chahine and M. Buchhold, arXiv preprint arXiv:2309.12391 (2023).
- Q. Tang and W. Zhu, Physical Review Research 2, 013022 (2020).
- M. Buchhold, T. Mueller, and S. Diehl, arXiv preprint arXiv:2208.10506 (2022).
- B. Ladewig, S. Diehl, and M. Buchhold, Physical Review Research 4, 033001 (2022).
- Y. Minoguchi, P. Rabl, and M. Buchhold, SciPost Phys. 12, 009 (2022).
- T. Müller, S. Diehl, and M. Buchhold, Physical Review Letters 128, 010605 (2022).
- T. Jin and D. G. Martin, arXiv preprint arXiv:2309.15034 (2023).
- T. Botzung, S. Diehl, and M. Müller, Physical Review B 104, 184422 (2021).
- A. Lavasani, Y. Alavirad, and M. Barkeshli, Physical review letters 127, 235701 (2021a).
- D. Rossini and E. Vicari, Physics Reports 936, 1 (2021).
- S. Sang and T. H. Hsieh, Physical Review Research 3, 023200 (2021).
- A. Lavasani, Y. Alavirad, and M. Barkeshli, Nature Physics 17, 342 (2021b).
- K. Kawabata, T. Numasawa, and S. Ryu, Physical Review X 13, 021007 (2023).
- X. Turkeshi and M. Schiró, Physical Review B 107, L020403 (2023).
- S. Gopalakrishnan and M. J. Gullans, Physical review letters 126, 170503 (2021).
- R. Hamazaki, K. Kawabata, and M. Ueda, Physical review letters 123, 090603 (2019).
- H.-G. Zirnstein, G. Refael, and B. Rosenow, Physical review letters 126, 216407 (2021).
- H.-G. Zirnstein and B. Rosenow, Physical Review B 103, 195157 (2021).
- S. Malzard, C. Poli, and H. Schomerus, Physical review letters 115, 200402 (2015).
- L. Herviou, N. Regnault, and J. H. Bardarson, SciPost Physics 7, 069 (2019).
- S. Yao and Z. Wang, Physical review letters 121, 086803 (2018).
- K. Jacobs, Quantum measurement theory and its applications (Cambridge University Press, 2014).
- Y. Le Gal, X. Turkeshi, and M. Schirò, SciPost Physics 14, 138 (2023).
- C. Zerba and A. Silva, arXiv preprint arXiv:2301.07383 (2023).
- M. Stefanini and J. Marino, arXiv preprint arXiv:2310.00039 (2023).
- L. Su, A. Clerk, and I. Martin, arXiv preprint arXiv:2306.07428 (2023).
- Q. Tang, X. Chen, and W. Zhu, Physical Review B 103, 174303 (2021).
- J. Despres, L. Mazza, and M. Schirò, arXiv preprint arXiv:2310.00985 (2023).
- P. Sprent and N. C. Smeeton, Applied nonparametric statistical methods (CRC press, 2007).
- Y. Bao, S. Choi, and E. Altman, Annals of Physics 435, 168618 (2021).
- Y. Bao, S. Choi, and E. Altman, Physical Review B 101, 104301 (2020).
- F. Evers and A. D. Mirlin, Reviews of Modern Physics 80, 1355 (2008).
- T. Giamarchi, Quantum physics in one dimension, Vol. 121 (Clarendon press, 2003).
- I. Klich and L. Levitov, Physical review letters 102, 100502 (2009).
- A. Jamiołkowski, Reports on Mathematical Physics 3, 275 (1972).
- M.-D. Choi, Linear algebra and its applications 10, 285 (1975).
- C. N. Yang and S. Zhang, Modern Physics Letters B 4, 759 (1990).
- D. Amit, Y. Goldschmidt, and S. Grinstein, Journal of Physics A: Mathematical and General 13, 585 (1980).
- Y. Le Gal, X. Turkeshi, and M. Schirò, To appear .
- E. Orignac and T. Giamarchi, Physical Review B 57, 5812 (1998).
- G. B. Mbeng, A. Russomanno, and G. E. Santoro, arXiv preprint arXiv:2009.09208 114 (2020).
- V. Alba, M. Fagotti, and P. Calabrese, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2009, P10020 (2009).
- B. Zeng and D.-L. Zhou, Europhysics Letters 113, 56001 (2016).
- A. W. Sandvik, in AIP Conference Proceedings, Vol. 1297 (American Institute of Physics, 2010) pp. 135–338.
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.