引力/规范对偶在强耦合量子多体系统中的应用研究

Gauge/Gravity dual is one of the important founding of theoritical physics in the past 20 years. As a strong/weak dual, it provides a new way to understand thestrongly coupled field theory. In the past ten years, Gauge/Gravity dual has been widely used to study QCD, hydrodynamics and condensed matter physics, and many important results have been obtained. Our project focus on using this dual to study quantum many body systems. There are four main diractions: 1. The propertiesof holographic inhomogeneous superconductors. 2. Holographic non-equalibrium process. 3. Electronic transport in Gauge/Gravity dual. 4. Holographic renormalization group and low energy effective theory in holographic condensedmatter theories.

引力/规范对偶的发现是弦论,也是理论物理最近二十年重要的进展之一，其强/弱对偶的性质为研究强耦合场论提供了一个全新的方法和思路。近十几年来，引力/规范对偶被普遍应用于研究量子色动力学，流体力学，强耦合凝聚态系统等方面，取得了很多重要的进展。本项目专注于应用规范/引力对偶来研究凝聚态系统的性质，也就是所谓的量子多体系统的性质。主要研究的方向有：1. 非均匀全息超导体研究，进一步无序和杂质（磁性）对全息超导的影响。2.全息非平衡态问题研究，主要关注非平衡态相变问题和超导中涡旋晶格态的动力学行为。3.引力/规范对偶中的电子输运性质，主要关注光电导的标度行为和直流电导和温度的关系。4.全息重正化群和低能有效理论，主要关注全息凝聚态模型和传统凝聚态低能有效理论之间的联系以及semi-holographic图像的应用。

背景：作为人类历史下一次技术革命的理论基础，量子物理的研究具有重要的理论和实践意义。尤其在当前国家加强量子科技发展战略谋划和系统布局的大环境下，作为多体量子物理的重要内容，量子流体具有重要的研究价值，在剑桥大学，麻省理工等著名学府均设有专门的量子流体研究机构。量子流体在实验室中的实现包括超冷原子，液氦，超导体等，对量子流体的非平衡物理的理解一直是量子物理研究中的难点，尤其在有限温和强耦合情况下，缺少一个良好好的从第一性原理出发的模型。近年来全息对偶的发展为量子流体的研究提供了一个全新的思路，尽管其计算难度增加不少，但全息流体模型是一个研究强耦合、有限温量子流体的很好的第一性原理方案。..内容：基于本研究组全球领先的全息数值计算技术，此项目主要致力于量子流体的非平衡相变与拓扑缺陷形成机制、三维量子湍流、BEC中涡旋簇的形成机制与负温度问题、高温超导的涡旋态等前沿问题的研究。..重要结果：1. 计算了强耦合超导体在稳定电场和周期电场驱动下的非线性电子输运，解释了实验的观测结果并预测了E^2的电导率。. 2. 详细研究了有限温单成分 BEC旋转下涡旋晶格的形成过程，计算了临界角速度和费曼关系并和理论进行了比较。. 3. 详细研究了两成分BEC的特殊涡旋态形成过程以及相图，并和实验进行了对比。. 4. 首次计算了有限尺寸超导环的Kibbe -Zurek机制，解释了之前无法解释的实验现象，并提出一个统计模型来解释绕数的形成过程。