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¿Cómo utilizan los físicos las soluciones a la ecuación de Yang-Baxter?

Como matemático que trabaja en el área de la representación de grupos cuánticos, pienso constantemente en soluciones de la Ecuación de Yang-Baxter . En particular, las soluciones trigonométricas.

A menudo, las becas de investigación en este campo lo citan como una "aplicación" de su investigación. Dicho esto, muchos matemáticos (entre los que me incluyo) no saben por qué son importantes estas soluciones. Así que me pregunto:

¿Qué hacen exactamente los físicos con las soluciones de la ecuación de Yang-Baxter una vez que las tienen?

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Ah. Por fin un tema del que sé algo.

Hay muchos lugares en la física donde aparece la ecuación YB. En este momento se me ocurren dos.

a. Modelos reticulares exactamente solubles

b. Computación cuántica (CC)

Es la segunda aplicación que me parece más emocionante, así que me centraré en ella.

La referencia canónica (IMHO) sobre el vínculo entre la ecuación YB y QC es el maravilloso artículo de Lomonaco y Kauffmann (LK04) http://arxiv.org/abs/quant-ph/0401090

En computación cuántica topológica, la esperanza es poder realizar operaciones unitarias en qubits moviéndolos unos alrededor de otros. Un escenario típico es un gas de electrones en 2D, donde nuestros qubits son las cuasipartículas del sistema. En 2D cuando intercambiamos dos objetos obtenemos un grupo de simetría más rico que en 3D, donde obtenemos el grupo de permutación cuyos valores propios $ \pm 1$ corresponden al caso de bosones y fermiones respectivamente. Sin embargo, en 2D este grupo de simetría se amplía al grupo de trenzado: se pueden intercambiar dos objetos moviéndolos de tal forma que sus líneas del mundo se "trenzan" entre sí. Este trenzado no puede eliminarse deformando las trayectorias, porque no tenemos la tercera dimensión para utilizarla.

En cualquier caso, para abreviar, la YBE puede representarse en forma de diagrama como una relación entre tres partículas que se intercambian (véase la fig. 1 en la pág. 8 de la referencia anterior). Lo que LK04 muestra entonces es que las soluciones de la YBE son matrices unitarias que son universales para la computación cuántica. Del mismo modo que cualquier circuito binario clásico puede construirse a partir de puertas NAND, cualquier circuito cuántico puede construirse a partir de un conjunto de puertas cuánticas universales.

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En física matemática se utilizan soluciones de la ecuación de Yang Baxter en muchos contextos. En especial en la integrabilidad cuántica soluciones de la ecuación de Yang Baxter se utilizan para obtener las relaciones de conmutación del álgebra de Yang Baxter $R_{12}(u,v)T^{1}(u)T^{2}(v) = T^{2}(v)T^{1}(u)R_{12}(u,v)$ puede incluir además términos de frontera. La dirección $R$ en el contexto de la mecánica estadística (celosías bidimensionales) está relacionado con los pesos de Boltzmann, el $T's$ están asociadas a la matriz de monodromía, que son los productos de los locales $R$ para los modelos fundamentales (modelos fundamentales: cuyos operadores laxos se expresan en términos de $R$ ) esta primera parte es el método de dispersión inversa cuántica la segunda parte deseamos diagonalizarla $[\tau(u),\tau(v)] = 0$ ( $\tau$ es la matriz de transferencia) así usamos la primera parte para obtener los estados de Bethe y las ecuaciones de Bethe esto es el Ansatz Algebraico de Bethe (Lo importante aquí es la existencia de algo llamado el pseudo-vacío), lo más fundamental es la ecuación de Yang Baxter es la esencia. También se pueden tener modelos cuánticos de campo integrable 1+1 y aplicar dichas técnicas. Después del bethe ansatz algebraico hay que calcular el producto interno y las funciones de correlación, esta es la parte que tiene más problemas abiertos. Otro método diferente al bethe ansatz algebraico es el SOV-Sklyanin, que es un método aplicado tanto al caso cuántico como al clásico surge de la separación de variables en mecánica clásica, Sklyanin extiende esto haciendo el método más general, actualmente este método está demostrando ser más favorable para calcular funciones de correlación (trabajos de G. Nicolli), en SOV también tienes la ecuación de yang baxter.

Con respecto a los experimentos, las técnicas experimentales de atrapamiento y enfriamiento de átomos en 1D han proporcionado la realización de modelos exactamente resueltos en el laboratorio.

Gas de Lieb-Liniger Bose:

T. Kinoshita et al Science 2004, PRL 2005, Nature 2006; A. van Amerongen et al PRL2008; T. Kitagawa et al PRL 2010; J. Armijo et al PRL 2010

Super Tonks-Girardeau gas:

E. Haller et al Science 2009

Gas de Fermi de espín-1/2 degenerado:

Y. Liao et al Nature 2010; S. Jochim et al, Science 2011,PRL 2012: Deterministic Deterministic preparation of few-fermion system; 2 fermions in a 1D harmonic trap

Gas de Bose espinor de dos componentes: J. van Druten et al arXiv:1010.4545

Quenches es un tema muy actual en esta investigación sigue el día 26 de julio, este tema permitirá nuevos experimentos (no sé esto). http://arxiv.org/abs/1407.7167

En el contexto clásico las soluciones de la ecuación clásica de Yang Baxter, sirven para calcular las álgebras de Poisson $\lbrace T^{1}(u),T^{2}(v)\rbrace = [r_{12}(u,v),T^{1}(u)T^{2}(v)]$ (hay otros dependiendo del modelo y condiciones de contorno que tengas) a partir de esto tienes una conexión con el formalismo Hamiltoniano.

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