نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، ایران
2 Department of Physics, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
3 DSFTA, University of Siena, Siena, Italy
چکیده
گذار فاز پدیده ای اساسی در فیزیک است که با تغییرات ناگهانی در خواص یک سیستم مشخص می شود. در حالی که گذار فاز کلاسیک به دلیل نوسانات حرارتی رخ می دهد، گذار فاز کوانتومی (QPTs) توسط نوسانات کوانتومی در دمای صفر شکل می گیرد. در این کار، ما امکان شکل گیری QPT ها را در سیستم های کاواک الکترودینامیک کوانتومی با استفاده از اصل تغییر وابسته به زمان (TDVP) که یک رویکرد نیمه کلاسیک برای تجزیه و تحلیل سیستم های کوانتومی پیچیده است، را بررسی می کنیم. با شروع با مدل رابی، که در آن یک کیوبیت منفرد با یک میدان کاواک تک حالت تعامل می‌کند، تأثیر جملات موج چرخش را بر روی ویژگی‌های حالت پایه سیستم بررسی می‌کنیم. پس از آن، تجزیه و تحلیل خود را به مدل Jaynes-Cummings، که در آن تقریب موج چرخان اعمال می‌شود، و در نهایت، به مدل Dicke که تعامل جمعی کیوبیت‌های متعدد با حالت بوزونی را در نظر می‌گیرد، گسترش می‌دهیم. برای هر مدل، عبارات تحلیلی برای ویژگی‌های حالت پایه استخراج می شود و قدرت جفت شدگی بحرانی را که نشان‌دهنده گذار فاز است، شناسایی می‌کنیم. یافته‌های ما گذار فاز کوانتومی مرتبه دوم، از جمله فازهای ابرتابشی با رفتارهای حالت پایه مشخص را نشان می‌دهد که بر کاربرد TDVP در درک QPT در انواع سیستم‌ها تأکید می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Time-Dependent Variational Principle Treatment of Quantum Phase Transition
نویسندگان [English]
- Azar Vafafard 1
- Alireza Nourmandipour 2
- Roberto Franzosi 3
1 Faculty of Physics, University of Tabriz, Iran
2 Department of Physics, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran
3 DSFTA, University of Siena, Siena, Italy
چکیده [English]
Phase transitions are fundamental phenomena in physics, characterized by abrupt changes in the properties of a system. While classical phase transitions occur due to thermal fluctuations, quantum phase transitions (QPTs) are driven by quantum fluctuations at zero temperature. In this work, we explore the presence of QPTs in cavity quantum electrodynamics systems using the Time-Dependent Variational Principle (TDVP), a semi-classical approach for analyzing complex quantum systems. Beginning with the Rabi model, where a single qubit interacts with a single-mode cavity field, we examine the influence of counter-rotating terms on the system's ground state properties. Subsequently, we extend our analysis to the Jaynes-Cummings model, where rotating-wave approximation applies, and finally, to the Dicke model, which considers the collective interaction of multiple qubits with a bosonic mode. For each model, we derive analytical expressions for the ground state properties and identify critical coupling strengths indicative of phase transitions. Our findings reveal second-order quantum phase transitions, including superradiant phases with distinct ground state behaviors, emphasizing the utility of TDVP in understanding QPTs across a variety of systems.
کلیدواژه‌ها [English]
- time-dependent variation principle
- Hamiltonian
- quantum phase transition
- qubit
)