En el presente trabajo se desarrolla el concepto de entropía de entrelazamiento (entanglement) en \nteorías cuanticas de campos en (1+1) dimensiones. Se realiza el cálculo explícito y detallado de la \nforma de la misma para campos libres escalares y fermiónicos, ambos en (1+1) dimensiones empleando \nmétodos numéricos. Luego, para un sistema de dos especies de fermiones en escalera, se estudia la \nentropía asociada a una especie, obteniendo divergencias volumétricas en lugar de logarítmicas como \nen el caso geométrico de entropía de regiones espaciales. Se analiza el límite del continuo y también \nsu concordancia con los límites de pequeños y grandes espaciamientos de red para la teoría discreta. \nFinalmente, se extiende el estudio a teorías generalizadas de campos libres (Generalized Free Fields), \npermitiendo entender mejor las razones de la dependencia volumétrica mencionada.
En el presente trabajo se desarrolla el concepto de entropía de entrelazamiento (entanglement) en \nteorías cuanticas de campos en (1+1) dimensiones. Se realiza el cálculo explícito y detallado de la \nforma de la misma para campos libres escalares y fermiónicos, ambos en (1+1) dimensiones empleando \nmétodos numéricos. Luego, para un sistema de dos especies de fermiones en escalera, se estudia la \nentropía asociada a una especie, obteniendo divergencias volumétricas en lugar de logarítmicas como \nen el caso geométrico de entropía de regiones espaciales. Se analiza el límite del continuo y también \nsu concordancia con los límites de pequeños y grandes espaciamientos de red para la teoría discreta. \nFinalmente, se extiende el estudio a teorías generalizadas de campos libres (Generalized Free Fields), \npermitiendo entender mejor las razones de la dependencia volumétrica mencionada.
En este trabajo se estudia la entropia de entrelazamiento o geometrica en el contexto de
la teoria cuantica de campos. Particularmente, estamos interesados en la entropia del
campo de Maxwell asociada a una region cilindrica en tres dimensiones espaciales. Para
abordar este problema nos dedicamos primeramente al estudio de uno mas sencillo, el
de un campo escalar, con el fin de afianzar los metodos numericos y analiticos que luego
implementamos en el caso mas complejo del campo vectorial. Se describe de manera
detallada el metodo empleado para el calculo numerico de la entropia. Tambien se revisa
el metodo de reduccion dimensional, el cual permite relacionar terminos universales
de la entropia de entrelazamiento del cilindro con coeficientes de la expansion de la
entropia del disco en una dimension menor. Este metodo se aplica para reducir el
problema original de un campo conforme en un cilindro en (3+1) dimensiones al de un
campo masivo en un disco en (2+1) dimensiones. Para el campo de Maxwell, empleando
coordenadas apropiadas, se encuentra que el hamiltoniano del mismo equivale al de dos
campos escalares identicos desacoplados con un potencial cuadratico extra. Finalmente,
los calculos numericos se realizaron sobre una red radial ya que el problema, gracias
a la simetria, puede reducirse a una dimension espacial. Mientras que para el campo
escalar el coeficiente logaritmico coincide con la anomalia de traza tipo c del tensor
de energia-momento, tal como se predice en la literatura [1], no sucede lo mismo para
el campo de Maxwell. Esta misma discordancia fue hallada en [7] para el caso de la
entropia de entrelazamiento de una region esferica, en donde el coeficiente logaritmico
corresponde a la anomalia de traza tipo a.
En esta tesis desarrollamos metodos de teoria de campos para sistemas con una densidad
de materia cuantica no trivial. Esto requiere nuevas tecnicas que permitan comprender
lo que sucede cuando el vacio trivial de la teoria relativista se reemplaza por
un estado no-relativista.
La primera parte de la tesis se enfoca en obtener de manera sistematica la teoria
de campos no-relativista. Para esto, partimos de la teoria relativista y deducimos una
teoria efectiva valida para escalas de energia mucho menores que las masas de los campos.
Se estudia primero el caso bosonico, donde se obtiene una teoria no-relativista con
invariancia de escala tipo Lifshitz. A continuacion, se consideran sistemas fermionicos.
Desarrollamos un nuevo metodo, basado en el uso de proyectores de energia, que nos
permite obtener la teoria efectiva en D-dimensiones de espacio-tiempo. Como una aplicacion importante, se consideran los efectos de campos externos electromagneticos y
gravitatorios sobre teorias no-relativistas, y se determinan las interacciones que estos
producen.
La segunda parte de la tesis esta dedicada a sistemas fermionicos a densidad finita.
Primero nos enfocamos en el caso de fermiones libres, y luego discutimos teorias interactuantes.
En sistemas libres, generalizamos el metodo de los proyectores para incorporar
la densidad finita, y asi deducimos una teoria efectiva valida cerca de la superficie de
Fermi. Este formalismo reproduce la teoria de Landau de liquidos de Fermi.
Finalmente, nos enfocaremos en sistemas interactuantes. Con el objetivo de modelar
sistemas electronicos fuertemente correlacionados, como los superconductores de
altas temperaturas, estudiamos una superficie de Fermi acoplada a un boson critico.
Este boson aparece naturalmente en materia condensada como un parametro de orden;
en fisica de altas energias da lugar a un modelo efectivo de cromodinamica cuantica
a densidad finita. Analizamos las correcciones cuanticas a un lazo, que nos permiten
llegar a un non-Fermi liquid, similar a lo que se observa en puntos critico cuanticos.
A continuacion, discutimos los efectos de introducir una masa bosonica; esto nos permitira alejarnos del punto critico y estudiar otras regiones del diagrama de fases de la
teoria.
En esta Tesis se estudian las Teorías Cuánticas de Campos y algunas de sus propiedades \ndesde el punto de vista de la Teoría de la Información Cuántica. Especificamente, \nse estudia la entropía de entrelazado y la entropía relativa del vacío con el objetivo de \nsu aplicación a la irreversibilidad del grupo de renormalización. El resultado principal \nes una prueba del Teorema A (irreveribilidad del grupo de renormaliación en dimensión \nespacio-temporal d = 4), como consecuencia de la subaditividad fuerte de la entropía \nde entrelazado del vacío, la invariancia de Lorentz y lo que hemos llamado la propiedad \nMarkoviana del vacío. Demostramos esta última propiedad en detalle, que equivale a \nla saturación de la subaditividad fuerte de la entropía de von Neumann y a una identidad \nsobre los Hamiltonianos modulares de regiones con borde en el plano o el cono \nnulo. Se derivan expresiones explícitas y generales para los Hamiltonianos modulares \ny las entropías de von Neumann y de Rényi del vacío reducido a estas regiones. Esto \nnos permite ofrecer un cuadro unificado de los teoremas de irreversibilidad del grupo \nde renormalización en dimensión d = 2; 3; 4 como consecuencia de propiedades de la \nentropía de entrelazado del vacío de una Teoría Cuántica de Campos. \n
La entropía de entrelazado es una magnitud relevante en diversas áreas de la física, \nque ha sido relacionada con varias magnitudes de la teoría de campos. En este trabajo \nproponemos una fórmula para el término de área de la entropía de entrelazado de un \ncampo cuántico arbitrario en términos de correadores de la traza del tensor de energía \nimpulso. Esta igualdad es sugerida por la fórmula de Bekenstein-Hawking que relaciona \nla entropía de un agujero negro con el área del horizonte de eventos y la constante de \nNewton. En el caso de la entropía de entrelazado, existe una relación similar entre \nel término de área de la misma y la corrección ΔG"-1 a la constante de Newton que \nhace un campo cuantico. Para calcular ΔG"-1, derivamos una generalizacion a toda \ndimension de una formula debida a Adler, lo que nos permite establecer la igualdad \nque proponemos en cualquier dimension. Comprobamos por calculos explcitos que la \nigualdad se cumple para los campos libres escalar y fermionico en todas las dimensiones.
La extensión del concepto de entrelazamiento a sistemas de componentes indistinguibles, y en particular a sistemas fermiónicos es un problema fundamental que ha recientemente suscitado gran interés. En este trabajo se desarrolla y examina en profundidad esta extensión, considerando además su rol en información cuántica y en la caracterización de correlaciones en sistemas fuertemente interactuantes. En primer lugar se considera el denominado entrelazamiento de un cuerpo, que es una medida de correlaciones fermiónicas basada en la matriz densidad de un cuerpo (SPDM) y que cuantifica la desviación de un estado puro fermiónico de un determinante de Slater. Se analiza su comportamiento en el estado fundamental de un sistema superconductor y de otros sistemas fuertemente interactuantes, mostrándose su correlación con el parámetro de orden correspondiente y saturación en el régimen de acoplamiento fuerte. Se examina también el entrelazamiento de estados reducidos del sistema por medio de la concurrencia fermiónica, mostrando que caracteriza la transición de fase. En segundo lugar se analizan aspectos formales del entrelazamiento de un cuerpo. Se demuestra que el mismo puede ser considerado formalmente como un recurso cuántico. La teoría de recursos asociada tiene al conjunto de determinantes de Slater como estados libres, y un conjunto de operaciones, que incluyen transformaciones unitarias de un cuerpo y medidas de ocupación de un modo, como operaciones libres. Se introduce también una formulación general bipartita del entrelazamiento de un cuerpo, basada en una descomposición tipo Schmidt 1 −(N −1) de un estado puro de N fermiones, en la que la SPDM emerge naturalmente. Finalmente se generaliza esta formulación bipartita, separando los estados de M < N y (N − M) fermiones. Esta descomposición se encuentra directamente vinculada con las matrices densidad de M y (N−M) cuerpos, que son isoespectrales. De aquí emerge naturalmente el concepto de entrelazamiento de M cuerpos, que generaliza el entrelazamiento de un cuerpo y provee una caracterización general de las correlaciones. Se demuestran también propiedades operacionales del mismo. Se presentan asimismo evaluaciones analíticas de los espectros de las matrices de M cuerpos en sistemas fuertemente correlacionados.
La localización de un estado en una región del espacio en teorías de campos \nrelativistas conlleva la creación de pares partícula-antipartícula. Estos, impiden \nla definición de ciertas magnitudes para el sistema localizado, como \nla entropía, que resultan divergentes. Es posible sustraer las contribuciones \ndebidas a las fluctuaciones del vacío que causan estas divergencias considerando \nmagnitudes relacionadas; un ejemplo es la información mutua entre \ndos regiones. \nEn este trabajo se muestran los primeros cálculos de entropía para conjuntos \nalabeados en teorías relativistas; en concreto, se analiza la extensividad de \nla información mutua entre conjuntos no planares, para el estado de vacío \nde un campo de Dirac en 1+1 dimensiones. Se encuentra extensividad de la \ninformación mutua en un límite geométrico particular que es relevante para \nla evaporación de Hawking de agujeros negros. \n