MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798297601901
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32237269
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aWeinstein,  Zack.
■24510▼aStatistical  Physics  of  Information  in  Open  Many-Body  Systems
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Berkeley▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a341  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Altman,  Ehud.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2025.
■520    ▼aIn  recent  years,  concepts  and  techniques  derived  from  classical  and  quantum  statistical  physics  have  proven  invaluable  in  addressing  key  problems  in  the  storage,  protection,  and  manipulation  of  quantum  information  in  near-term  devices.  A  key  challenge  in  this  pursuit  is  the  unavoidable  presence  of  an  external  environment,  which  can  lead  to  the  loss  of  information  encoded  within  the  system.  Although  these  open-system  processes  are  typically  detrimental  to  performing  nontrivial  quantum  computations,  they  also  serve  as  an  invitation  to  critically  investigate  the  universal  physics  of  many-body  systems  exposed  to  decoherence  and  measurements.  This  dissertation  investigates  several  different  examples  of  phase  transitions  and  collective  phenomena  in  the  flow  of  information  into  or  out  of  a  system,  which  arise  from  its  interaction  with  an  external  environment.  A  unifying  theme  is  the  importance  of  nonlinear  information-theoretic  observables,  which  are  necessary  tools  for  detecting  nontrivial  critical  phenomena  in  each  example  studied.  The  first  part  of  this  dissertation  studies  the  dynamics  of  quantum  information  in  random  unitary  circuits  which  exchange  information  with  an  environment.  Chapter  3  focuses  on  the  revival  of  mixed-state  entanglement  in  a  one-dimensional  monitored  random  circuit  with  decoherence  at  its  boundaries.  Although  the  system  relaxes  to  a  trivial  infinite-temperature  state  in  the  absence  of  monitoring,  a  nonzero  rate  of  projective  measurements  performed  throughout  the  system  can  stabilize  an  entanglement  negativity  which  scales  as  a  nontrivial  power  of  the  system  size.  From  a  statistical  physics  perspective,  this  power-law  scaling  of  the  negativity  can  be  understood  as  the  Kardar-Parisi-Zhang  fluctuations  of  entanglement  domain  walls  due  to  the  random  measurement  locations.  Chapter  4  investigates  operator  and  information  spreading  in  a  one-dimensional  random  circuit  which  "radiates"  qubits  into  an  environment.  This  circuit  exhibits  a  competition  between  the  scrambling  of  operators  within  the  system  and  their  leakage  into  the  environment,  resulting  in  a  directed  percolation  phase  transition  at  a  critical  rate  of  radiation.  From  an  information-theoretic  perspective,  this  transition  is  best  understood  in  terms  of  an  observer's  ability  to  reconstruct  information  initially  encoded  within  the  system  from  the  environment's  radiated  qubits.The  second  part  of  this  dissertation  studies  collective  phenomena  which  arise  from  performing  measurements  throughout  a  critical  quantum  many-body  system.  Local  measurements  can  exhibit  highly  nonlocal  effects  on  entangled  states,  and  so  it  is  natural  to  ask  whether  a  finite  density  of  local  measurements  performed  on  a  many-body  system  can  collectively  alter  the  long-range  structure  of  a  many-body  wavefunction.  Critical  ground  states  in  one  spatial  dimension  offer  a  natural  setting  to  explore  this  question,  since  their  long-wavelength  description  as  (1+1)-dimensional  conformal  field  theories  affords  a  high  degree  of  theoretical  control.  Chapter  6  focuses  on  weak  measurements  performed  on  Luttinger  liquids,  a  paradigmatic  family  of  critical  ground  states  with  continuously  tunable  power-law  correlations.  In  this  setting,  both  postselected  and  ensemble-averaged  weak  measurements  of  the  particle  density  can  lead  to  transitions  in  the  long-distance  power-law  scaling  of  density  and  phase  correlations.  Chapter  7  specializes  to  the  critical  one-dimensional  transverse-field  Ising  model,  where  a  careful  correspondence  can  be  established  between  randomly  distributed  projective  measurements  on  the  lattice  and  weak  measurements  in  the  continuum.  This  chapter  additionally  extends  the  preceding  formalism  to  study  the  effect  of  measurements  on  the  scaling  of  entanglement  entropy,  and  carefully  verifies  its  analytical  predictions  using  exact  free-fermion  numerics.The  third  and  final  part  of  this  dissertation  studies  two  further  examples  of  criticality  in  mixed  states  which  are  diagnosed  by  rather  unconventional  observables.  Chapter  9  investigates  a  new  class  of  symmetry-breaking  phases  and  transitions  which  can  only  arise  in  mixed  quantum  states,  recently  dubbed  strong-to-weak  spontaneous  symmetry  breaking  (SWSSB).  Specifically,  this  chapter  introduces  a  new  diagnostic  for  SWSSB  called  the  Renyi-1  correlator,  which  provides  a  concrete  operational  definition  for  SWSSB  in  a  mixed  quantum  state  via  conventional  symmetry-breaking  in  its  canonical  purification.  The  Renyi-1  correlator  additionally  exhibits  several  useful  information-theoretic  properties,  and  provides  a  natural  mechanism  by  which  a  large  class  of  SWSSB  transitions  can  be  efficiently  observed  in  quantum  devices.  Chapter  10  discusses  the  classical  defect-mediated  melting  of  a  two-dimensional  solid  with  strong  Ising  antiferromagnetic  interactions,  and  the  curious  role  played  by  "computational"  observables  in  properly  determining  the  model's  phase  diagram.  Computational  observables  are  observables  which  can  only  be  observed  with  the  assistance  of  a  nontrivial  classical  computation,  and  were  previously  introduced  in  the  study  of  measurement-induced  phenomena  and  mixed-state  phases  of  matter.  Surprisingly,  the  notion  of  computational  observables  and  computational  phase  transitions  are  shown  to  play  a  crucial  role  in  explaining  large-scale  numerical  observations  and  in  the  proper  theoretical  definition  of  an  "antiferromagnetic  tetratic"  phase.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aQuantum  physics
■650  4▼aStatistical  physics
■650  4▼aPhysics
■653    ▼aOperator  growth
■653    ▼aQuantum  entanglement
■653    ▼aRandom  circuits
■653    ▼aQuantum  information
■690    ▼a0611
■690    ▼a0599
■690    ▼a0217
■690    ▼a0605
■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-04B.
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359398▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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