Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Topologically ordered time crystals

Published 20 May 2021 in cond-mat.dis-nn, cond-mat.str-el, and quant-ph | (2105.09694v2)

Abstract: We define topological time crystals, a dynamical phase of periodically driven quantum many-body systems capturing the coexistence of intrinsic topological order with the spontaneous breaking of discrete time-translation symmetry. We show that many-body localization can stabilize this phase against generic perturbations and establish some of its key features and signatures, including a dynamical, time-crystal form of the perimeter law for topological order. We link topological and ordinary time crystals through three complementary perspectives: higher-form symmetries, quantum error-correcting codes, and a holographic correspondence. We also propose an experimental realization of a surface-code-based topological time crystal for the Google Sycamore processor.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (51)
  1. A. Y. Kitaev, Annals of Physics 303, 2 (2003).
  2. A. Kitaev, Ann. Phys. (N.Y.) 321, 2 (2006).
  3. M. A. Levin and X.-G. Wen, Phys. Rev. B 71, 045110 (2005).
  4. M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045 (2010).
  5. T. Senthil, Annu. Rev. Cond. Mat. Phys. 6, 299 (2015).
  6. A. Mesaros and Y. Ran, Phys. Rev. B 87, 155115 (2013).
  7. B. M. Terhal, Rev. Mod. Phys. 87, 307 (2015).
  8. C. W. von Keyserlingk and S. L. Sondhi, Phys. Rev. B 93, 245145 (2016a).
  9. C. W. von Keyserlingk and S. L. Sondhi, Phys. Rev. B 93, 245146 (2016b).
  10. R. Roy and F. Harper, Phys. Rev. B 94, 125105 (2016).
  11. F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 109, 160401 (2012).
  12. A. Shapere and F. Wilczek, Phys. Rev. Lett. 109, 160402 (2012).
  13. H. Watanabe and M. Oshikawa, Phys. Rev. Lett. 114, 251603 (2015).
  14. K. Sacha and J. Zakrzewski, Rep. Prog. Phys. 81, 016401 (2018).
  15. U. C. Täuber, Annu. Rev. Cond. Mat. Phys. 8, 185 (2017).
  16. T. Oka and S. Kitamura, Annual Review of Condensed Matter Physics 10, 387 (2019).
  17. L. Fleishman and P. W. Anderson, Phys. Rev. B 21, 2366 (1980).
  18. R. Nandkishore and D. A. Huse, Annu. Rev. Cond. Mat. Phys. 6, 15 (2015).
  19. E. Altman and R. Vosk, Annu. Rev. Cond. Mat. Phys. 6, 383 (2015).
  20. D. A. Abanin and Z. Papić, Ann. d. Phys. 529, 1700169 (2017).
  21. F. Alet and N. Laflorencie, Comptes Rendus Physique 19, 498 (2018).
  22. Z. Nussinov and G. Ortiz, Ann. Phys. 324, 977 (2009).
  23. A. Kapustin and N. Seiberg, Journal of High Energy Physics 2014, 1 (2014).
  24. B. Yoshida, Phys. Rev. B 93 (2016).
  25. X.-G. Wen, Phys. Rev. B 99, 205139 (2019).
  26. E. Lake, arXiv:1802.07747 .
  27. W. D. Roeck and J. Z. Imbrie, Phil. Trans. R. Soc. A 375, 20160422 (2017).
  28. S. Gopalakrishnan and D. A. Huse, Phys. Rev. B 99, 134305 (2019).
  29. K. G. Wilson, Phys. Rev. D 10, 2445 (1974).
  30. J. B. Kogut, Rev. Mod. Phys. 51, 659 (1979).
  31. A. Polyakov, Gauge Fields and Strings (Routledge, 2018).
  32. B. Bauer and C. Nayak, J. Stat. Mech. 2013, P09005 (2013).
  33. T. B. Wahl and B. Béri, Phys. Rev. Research 2, 033099 (2020).
  34. S. Inglis and L. Pollet, Phys. Rev. Lett. 117, 120402 (2016).
  35. L. Rademaker and M. Ortuño, Phys. Rev. Lett. 116, 010404 (2016).
  36. C. Monthus, J. Stat. Mech. 2016, 033101 (2016).
  37. Google Quantum AI, Nature 614, 676 (2023).
  38. D. Gottesman, Stabilizer codes and quantum error correction, Ph.D. thesis, California Institute of Technology (1997).
  39. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition, 10th ed. (Cambridge University Press, USA, 2011).
  40. A. C. Potter and A. Vishwanath, arXiv:1506.00592 .
  41. A. C. Potter and R. Vasseur, Phys. Rev. B 94, 224206 (2016).
  42. A. C. Potter and T. Morimoto, Phys. Rev. B 95, 155126 (2017).
  43. P. Severa, Journal of High Energy Physics 2002, 049 (2002).
  44. D. S. Freed and C. Teleman, arXiv:1806.00008 .
  45. R. W. Bomantara, Phys. Rev. B 104, L180304 (2021).
  46. F. Venn and B. Béri, Phys. Rev. Research 2, 043412 (2020).
  47. P. Frey and S. Rachel, Science Advances 8, eabm7652 (2022).
  48. H. Bombin and M. A. Martin-Delgado, Phys. Rev. Lett. 97, 180501 (2006).
  49. H. Bombin and M. A. Martin-Delgado, Phys. Rev. Lett. 98, 160502 (2007).
  50. J. Haah, Phys. Rev. A 83, 042330 (2011).
  51. R. M. Nandkishore and M. Hermele, Annu. Rev. Cond. Mat. Phys. 10, 295 (2019).
Citations (3)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up