Original title:
Kvantové fázové přechody v systémech s konečným počtem stupňů volnosti
Translated title:
Quantum phase transitions in systems with a finite number of degrees of freedom
Authors:
Kloc, Michal ; Cejnar, Pavel (advisor) ; Schaller, Gernot (referee) ; Šindelka, Milan (referee) Document type: Doctoral theses
Year:
2018
Language:
eng Abstract:
[eng][cze] In the thesis we investigate and classify critical phenomena in the extended Dicke model (EDM) which describes the interaction between two-level atoms and a single-mode bosonic field (schematic model for cavity quantum electrodynamics). The model belongs to the class of so-called finite models, which keep the number of degrees of freedom f constant independently on the size of the system N . The important property of these systems is that the thermodynamic limit N → ∞ coincides with the classical limit ħ → 0. This allows us to study various quantum critical phenomena, in particular the ground-state quantum phase transitions (QPTs) and the excited-state quantum phase transitions (ESQPTs), by means of semiclassical methods. Using the semiclassical approach we identify and classify the QPTs and ESQPTs in various settings of the EDM and make a link to thermal phase transitions. We study the entanglement properties of both the ground state and the excited states as a function of the atom-field interaction strength. In the integrable version of the EDM we make a link between the ESQPT and monodromy, and discuss its effect on classical dynamics. The fate of monodromy under a non-integrable perturbation is observed. The dynamical consequences of the ESQPTs are examined using quantum quenches. The influence of the...V disertační práci studujeme a klasifikujeme kritické jevy v rozšířeném Dickeho modelu (EDM - extended Dicke model), který popisuje interakci mezi dvouhladinovými atomy a monochromatickým fotonovým polem (schematický model tzv. kvantové elektrodynamiky v optické dutině). Tento model patří do třídy tzv. konečných modelů, jejichž počet stupňů volnosti f zůstává konstantní nezávisle na velikost systému N. Důležitou vlastností těchto systémů je, že termodynamická limita N → ∞ odpovídá limitě klasické ħ → 0. Toto nám umožňuje studovat semiklasickými metodami mnohé kvantové kritické jevy, zejména pak kvantové fázové přechody (QPTs - quantum phase transitions) a kvantové fázové přechody excitovaných stavů (ESQPTs - excited-state quantum phase transitions). Za použití semiklasického přístupu identifikujeme a klasifikujeme QPTs a ESQPTs v rozličných režimech EDM, přičemž výše zmíněné jevy uvedeme do souvislosti s termálními fázovými přechody. Studujeme kvantovou provázanost jak pro základní stav, tak pro stavy excitované, jako funkci interakčního parametru mezi atomy a polem. V integrabilní verzi EDM uvedeme do souvislosti ESQPT a monodromii a diskutujeme efekty na klasickou dynamiku. Pozorujeme "rozpad" monodromie při neintegrabilní poruše systému. Dynamické důsledky ESQPTs jsou testovány pomocí kvantových "kvenčů"...
Institution: Charles University Faculties (theses)
(web)
Document availability information: Available in the Charles University Digital Repository. Original record: http://hdl.handle.net/20.500.11956/102419