<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.2d1 20170631//EN" "JATS-journalpublishing-oasis-article1-mathml3.dtd">
<article article-type="research-article" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:oasis="http://www.niso.org/standards/z39-96/ns/oasis-exchange/table"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">PRD</journal-id><journal-id journal-id-type="coden">PRVDAQ</journal-id><journal-title-group><journal-title>Physical Review D</journal-title><abbrev-journal-title>Phys. Rev. D</abbrev-journal-title></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2470-0010</issn><issn pub-type="epub">2470-0029</issn><publisher><publisher-name>American Physical Society</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.98.126001</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-major"><subject>ARTICLES</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-minor"><subject>String theory, quantum gravity, gauge/gravity duality</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Circuit complexity in fermionic field theory</article-title><alt-title alt-title-type="running-title">CIRCUIT COMPLEXITY IN FERMIONIC FIELD THEORY</alt-title><alt-title alt-title-type="running-author">RIFATH KHAN, CHETHAN KRISHNAN, AND SANCHITA SHARMA</alt-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name><surname>Khan</surname><given-names>Rifath</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n1"><sup>*</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Krishnan</surname><given-names>Chethan</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n2"><sup>†</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Sharma</surname><given-names>Sanchita</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n3"><sup>‡</sup></xref></contrib><aff id="a1">Centre for High Energy Physics, <institution>Indian Institute of Science</institution>, Bangalore 560012, India</aff></contrib-group><author-notes><fn id="n1"><label><sup>*</sup></label><p><email>rifathkhantheo@gmail.com</email></p></fn><fn id="n2"><label><sup>†</sup></label><p><email>chethan.krishnan@gmail.com</email></p></fn><fn id="n3"><label><sup>‡</sup></label><p><email>sanchitas39@gmail.com</email></p></fn></author-notes><pub-date iso-8601-date="2018-12-04" date-type="pub" publication-format="electronic"><day>4</day><month>December</month><year>2018</year></pub-date><pub-date iso-8601-date="2018-12-15" date-type="pub" publication-format="print"><day>15</day><month>December</month><year>2018</year></pub-date><volume>98</volume><issue>12</issue><elocation-id>126001</elocation-id><pub-history><event><date iso-8601-date="2018-05-15" date-type="received"><day>15</day><month>May</month><year>2018</year></date></event></pub-history><permissions><copyright-statement>Published by the American Physical Society</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder>authors</copyright-holder><license license-type="creative-commons" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p content-type="usage-statement">Published by the American Physical Society under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International</ext-link> license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP<sup>3</sup>.</license-p></license></permissions><abstract><p>We define and calculate versions of complexity for free fermionic quantum field theories in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions, adopting Nielsen’s geodesic perspective in the space of circuits. We do this both by discretizing and identifying appropriate classes of Bogoliubov-Valatin transformations, and also directly in the continuum by defining squeezing operators and their generalizations. As a closely related problem, we consider cMERA tensor networks for fermions: viewing them as paths in circuit space, we compute their path lengths. Certain ambiguities that arise in some of these results because of cutoff dependence are discussed.</p></abstract><counts><page-count count="28"/></counts></article-meta></front><body><sec id="s1"><label>I.</label><title>INTRODUCTION</title><p>The formation of black holes via gravitational collapse in anti–de Sitter space is expected to be dual to thermalization in the dual conformal field theory. This leads one to think of a thermal Conformal Field Theory (CFT) state as a gravitational configuration that can be approximated by an eternal black hole. If this is so, one needs to have a CFT explanation for the fact that the Einstein-Rosen bridge (or wormhole) that shows up inside the horizon of an eternal black hole is a time-dependent configuration, and that its “size” increases towards the future. It has recently been proposed by Susskind and others <xref ref-type="bibr" rid="c1">[1]</xref> that the quantity one should compare against the size of the Einstein-Rosen wormhole is the “complexity” of the CFT state: the idea being that the complexity of a state can increase even after it has thermalized in some appropriate sense.</p><p>The trouble however is that the definition of complexity is often very murky. Loosely it captures the number of gates required to prepare a state. One way to make things a bit more concrete is to consider “circuit complexity,” where one assigns complexity to quantum states as follows. First one picks a reference state and a set of unitary operators that are called gates. Then the complexity of any particular state is captured by the minimal number of gates that one must act with on the reference state in order to get to that particular state. This is believed to be a fairly reasonable definition of complexity, even though clearly it involves some arbitrary choices: what is a good reference state? What are good choices for the gate unitaries?….<fn id="fn1"><label><sup>1</sup></label><p>Note also that this definition is usually implemented in discrete qubit systems and often with discrete time evolution <xref ref-type="bibr" rid="c2">[2]</xref>.</p></fn> For our purposes in this paper, it is worth noting that this minimization of the number of gates can be reinterpreted <italic>à la</italic> Nielsen as a geodesic length minimization in the space of circuits <xref ref-type="bibr" rid="c3">[3]</xref>.</p><p>To make a sensible holographic definition of complexity from the CFT, one needs to generalize these constructions in three substantive ways. First, we need a definition that generalizes these issues to the setting of quantum field theory rather than in the setting of qubits and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional quantum mechanics, as is usual. Second, since at least in known concrete examples of holography the boundary theory has a gauge invariance, it seems necessary that we will need to define complexity in the context of gauge theories, in particular non-Abelian gauge theories. Third, perhaps after some field theory constructions have been undertaken for the free theory, one would need to come up with a way to make such a definition viable, for strongly coupled theories. After all, weakly coupled gravitational physics is captured by a strongly coupled field theory.</p><p>Recently, two related but different attempts at the first of these problems was made in the context of scalar field theories in <xref ref-type="bibr" rid="c4 c5">[4,5]</xref>. In this paper, we will consider both these approaches and adapt and generalize these approaches to include various classes of fermionic field theories. One of our motivations for this undertaking is the recent emergence of a class of strongly coupled fermionic gauged quantum mechanical theories called Sachdev-Ye-Kitaev (SYK)-like tensor models, as well as their generalizations to higher dimensions which are bona fide field theories. Of course, this paper does not deal with neither gauge theories nor strongly coupled systems: it should be viewed as a preliminary exploratory attempt. We hope that our explicit calculations will be useful in shedding some light on the questions at the intersection of holography and complexity, and perhaps in sharpening them.</p><p>The structure of the calculation in <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref> was to discretize spacetime and then work effectively with quantum mechanical wave functions for the discretized oscillators. By working with a class of Gaussian wave functions that interpolated between the decoupled reference state and the true ground state (chosen as the target state) they were able to define complexity for the state by minimizing the Nielsen-like path length in the space of unitaries that did such an interpolation. Since we are working with fermions, an analogue of the Gaussian wave function will involve Grassmann variables and will be too awkward for many purposes. But we will see that it is easy enough to work directly with (finite dimensional) fermionic Hilbert spaces that contain the reference and target states, and that they lead to natural notions of circuit length minimization. The slight subtlety due to fermion doubling in the lattice will not affect the main points we make. As a result we find an expression for the complexity, which is controlled by the formula in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.17">(2.17)</xref>, and which shows up in various guises in the various cases we consider. This fermionic form is distinct from the form of complexity in <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref>, where the analogous expression is a log instead of our arctan.</p><p>On the continuum side, we will find that a construction entirely parallel to that of <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> for scalars is possible for Dirac fermions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions. The strategy of using squeezing operators and their generalizations as entangler operators turns out to be a viable strategy for fermions as well. Our analysis of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional continuum Dirac case works entirely parallel to the results for the scalar in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>. Instead of the metric on the hyperbolic plane, we discover the metric on a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> sphere, and instead of an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> isometry, we find an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We further generalize our approach to Majorana theory in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions, as well as to massive and massless Dirac theories in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions. In all these cases we are able to identify convenient squeezing operators that take us to natural target states that approximate the ground state.</p><p>In the final section before the conclusion, we discuss the cMERA tensor network for fermions, as an alternate path in the space of unitaries. We first do this for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions and then move on to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions (where we introduce a new cMERA-like path), both in the massive and massless cases. In both cases we find that as the cutoff tends to infinity, the state tends to the ground state. Since <italic>when the cutoff is finite</italic> the target state for the cMERA is not quite the target state of the previous paragraph (even though they both tend to the ground state as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>), it is not possible to meaningfully compare the lengths of the paths at finite cutoff by looking at their leading divergences. This leads us to a discussion of the meaning of a cutoff dependent quantity like the complexity, and to speculations on the possibility that subleading terms in complexity could be of physical interest, in analogy with (holographic) entanglement entropy. In particular, these UV divergences could be reinterpreted as AdS IR divergences in a holographic context. It must be born in mind here that we are dealing with free quantum field theories in our work.</p><p>In a concluding section we make various speculative comments. In particular, we discuss the possibility of doing similar calculations for gauge theories and perturbative string theory. Especially since the world sheet theory is free after gauge fixing, the latter is tractable and is currently under investigation. We also briefly allude to some issues which were suppressed in the main text, the choice of metric and penalty factors in Nielsen’s geometric definition among others. Various Appendices contain some review material as well as technical details.</p></sec><sec id="s2"><label>II.</label><title>LATTICE OF FERMIONIC OSCILLATORS</title><p>Lets us start with the Dirac Lagrangian in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> spacetime dimensions: <disp-formula id="d2.1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.1)</label></disp-formula>The conjugate momentum is <disp-formula id="d2.2"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup></mml:math><label>(2.2)</label></disp-formula>and the Dirac Hamiltonian is <disp-formula id="d2.3"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.3)</label></disp-formula>We regulate it by placing it on a lattice with lattice spacing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the Hamiltonian becomes <disp-formula id="d2.4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d2.4a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.4)</label></disp-formula>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> here are “unit”<fn id="fn2"><label><sup>2</sup></label><p>The quotes around the unit emphasize that the length of the vector is the lattice spacing.</p></fn> vectors along the axes of the (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dimensional) lattice. The summation over <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> is only over the spatial directions, and therefore range over <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> values. By introducing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> we can bring it to the form <disp-formula id="d2.5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:math><label>(2.5)</label></disp-formula>Note that this is a system of coupled fermionic oscillators, but since the coupling is quadratic, we can solve the system completely by identifying the normal modes. We will see various versions of this general idea throughout this paper.</p><sec id="s2a"><label>A.</label><title>A toy model</title><p>The above form of the Hamiltonian suggests that we should study a set of coupled oscillators of the form <disp-formula id="d2.6"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.6)</label></disp-formula>The basic idea is this: we wish to consider the simplest oscillator system which has a coupling analogous to the discretization <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.5">(2.5)</xref> of the field theory. A candidate is the system with two lattice points parallel to the work for scalars considered in <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref>. But if we work with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>-dimensional Dirac fermions, the coupling term will force us to consider the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> spatial directions. We wish to avoid this technical complication, and therefore in writing the above, we have restricted ourselves to a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional theory. After we gain some intuition by working with this system, we will consider more general cases. In particular, we will see that the above Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.6">(2.6)</xref>, when interpreted as a theory for Majorana fermions, is essentially a precise parallel to the bosonic two oscillator case discussed in <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref>. We have adopted the notation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> for gamma matrices in two dimensions in this subsection.</p><p>In two dimensions, gamma matrices allow a purely imaginary representation in which the spinors can be taken as Majorana. The gamma matrices take the form <disp-formula id="d2.7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.7)</label></disp-formula>The general Majorana spinor in two dimensions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> is part of the name of the spinor and not a spinor index) can be written as <disp-formula id="d2.8"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.8)</label></disp-formula>where the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are real Grassmann variables. This means that our minimal Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.6">(2.6)</xref> is made of four real Majorana fermions and takes the form <disp-formula id="d2.9"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.9)</label></disp-formula>Note that the Hamiltonian is real (Hermitian) because the fermions are Majorana and anticommute. Now we will rewrite this Hamiltonian in a form that is useful for future generalizations.<fn id="fn3"><label><sup>3</sup></label><p>Note that because the fermions are Majorana, we can use Hermitian conjugation and transposition interchangeably.</p></fn></p><p>We will define complex Grassmann variables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <disp-formula id="d2.10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.10)</label></disp-formula>and quantize by imposing the anticommutation relations <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, see Appendix <xref ref-type="app" rid="app1">A</xref> for our conventions on fermionic oscillators. The Hamiltonian takes the form <disp-formula id="d2.11"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.11)</label></disp-formula>To bring this to the diagonalized normal mode form, we use the standard technology of Bogoliubov-Valatin (B-V) transformations (see Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref> for a self-contained review). The result is <disp-formula id="d2.12"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.12)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d2.13"><mml:math display="block"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.13)</label></disp-formula>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>’s and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>’s are related by <disp-formula id="d2.14"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.14)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>η</mml:mi></mml:math></inline-formula> are given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.16">(2.16)</xref>.</p></sec><sec id="s2b"><label>B.</label><title>Complexity of the toy model ground state</title><p>A B-V transformation matrix that does the job of diagonalizing the Hamiltonian in the previous section is <disp-formula id="d2.15"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>η</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>η</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>η</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>η</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.15)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d2.16"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(2.16)</label></disp-formula>This form suggests that we define <disp-formula id="d2.17"><mml:math display="block"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.17)</label></disp-formula>so that <disp-formula id="d2.18"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.18)</label></disp-formula></p><p>To define complexity, we need to define a reference state from which we reach the target states via appropriate unitary transformations. A natural reference state is to choose <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, defined via <disp-formula id="d2.19"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.19)</label></disp-formula>and the target state which is the ground state of our theory is defined by <disp-formula id="d2.20"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.20)</label></disp-formula>From the B-V matrix, it follows that <disp-formula id="d2.21"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.21)</label></disp-formula>To go from the reference state to the target state by a unitary transformation, we first write the states in matrix form with the basis <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The unitary transformation is a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> unitary matrix: <disp-formula id="d2.22"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.22)</label></disp-formula>Notice that the middle two components of the state vector are zero for both reference and target state. If these two components are changed along the path then we need to bring them back down to zero, when we get to the target state. So it stands to reason that (for appropriately defined Euclidean notions of distance in the space of unitaries) this would only increase the length, so we restrict ourselves to the path which only changes the first and fourth components. These transformations clearly fall inside a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> group: <disp-formula id="d2.23"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.23)</label></disp-formula>Now <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> unitary matrix. After extracting a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> phase <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and writing the remaining <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we can parametrize a general <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> matrix as <disp-formula id="d2.24"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.24)</label></disp-formula>The ranges of the various coordinates are<fn id="fn4"><label><sup>4</sup></label><p>We will work with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> when we want to go across the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> point without changing charts.</p></fn> <disp-formula id="d2.25"><mml:math display="block"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.25)</label></disp-formula></p><p>For finite value of the parameter along the path, the state will be <disp-formula id="d2.26"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.26)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the reference state. This means that in the explicit matrix above, we treat <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as functions of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We can view this unitary as a path-ordered exponential <disp-formula id="d2.27"><mml:math display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">←</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math><label>(2.27)</label></disp-formula>if we write<fn id="fn5"><label><sup>5</sup></label><p>This equation is the analogue of the time-dependent Schrodinger equation, written in a form that is usually written when one solves it via time-ordered exponentials. The left-hand side is the analogue of the Hamiltonian. So the solution, <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.27">(2.27)</xref>, can be directly exported here by analogy. To write <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.28">(2.28)</xref>, we merely note that since the right-hand side is made from a general <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> matrix, the left-hand side must be writable in terms of the generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> whose coefficients we call <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></fn> <disp-formula id="d2.28"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.28)</label></disp-formula>Here the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and they can be taken as <disp-formula id="d2.29"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="d2.29a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.29a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.29)</label></disp-formula>Using <disp-formula id="d2.30"><mml:math display="block"><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.30)</label></disp-formula>we can extract the velocities via <disp-formula id="d2.31"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.31)</label></disp-formula>Using these, we define the length of the path (using a Euclidean Metric) as <disp-formula id="d2.32"><mml:math display="block"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.32)</label></disp-formula>The path taken by the states will be a curve in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> coordinates. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>’s will be linear in derivatives of them. Explicitly calculating this metric, we find the natural metric on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="d2.33"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.33)</label></disp-formula>Extremizing this length gives us the geodesic equations <disp-formula id="d2.34"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d2.34a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.34a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.34a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>cot</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.34a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.34)</label></disp-formula>where the derivatives are with respect to the curve parameter. Looking at the metric it is evident that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the killing vectors. Using these one sees that <disp-formula id="d2.35"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>const</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>const</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>const</mml:mtext><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(2.35)</label></disp-formula>are the constants of motion. It is easy to check that this same result can be obtained by directly integrating the relevant equations of motion.</p><p>Now we can use the boundary conditions to solve the system. Demanding <disp-formula id="d2.36"><mml:math display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi></mml:math><label>(2.36)</label></disp-formula>immediately yields <disp-formula id="d2.37"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(2.37)</label></disp-formula>Furthermore, we know that <disp-formula id="d2.38"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.38)</label></disp-formula>Here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the target state (and our target state is the ground state). A <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> unitary matrix that takes the reference state to the target state is of the general form <disp-formula id="d2.39"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d2.39a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.39a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(2.39)</label></disp-formula>for some arbitrary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This translates to the end point boundary condition in terms of coordinates <disp-formula id="d2.40"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(2.40)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d2.41"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(2.41)</label></disp-formula>Because the metric is Euclidean, one can convince oneself that the distance with the above initial and final boundary conditions is globally minimized for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>,<fn id="fn6"><label><sup>6</sup></label><p>Note that when this happens, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is no longer determinate, including at the boundaries.</p></fn> and the corresponding geodesic is given by <disp-formula id="d2.42"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d2.42a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.42a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>unfixed</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.42)</label></disp-formula>The length of this minimum path can be directly calculated and the result is <disp-formula id="d2.43"><mml:math display="block"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msub><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.43)</label></disp-formula>This minimum length is the complexity of the target state.</p><p>In the analogous discussion in <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref>, the generators (the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> in their notation) used were nonstandard and that resulted in a more complicated form of the metric and resulting geodesic equations. To solve the geodesic equations, more Killing vectors were identified. Here on the other hand, we explicitly see the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:math></inline-formula> form of the metric, and we only needed to use the obvious Killing vectors to find the explicit solution.</p></sec><sec id="s2c"><label>C.</label><title>Squeezing operators as gates</title><p>In this section, we will present an alternate approach for discussing complexity, which has a natural role in the continuum case. We will define an entangling operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which is also known as squeezing operator in some contexts: <disp-formula id="d2.44"><mml:math display="block"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.44)</label></disp-formula>The first equality can be viewed as the definition of the operator, the second equality is the result of a calculation, where we have used the definition of the tilde’d operators via the B-V transformation from the previous subsection.</p><p>It is also useful to define a unitary <disp-formula id="d2.45"><mml:math display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.45)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The target state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be reached from the reference state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> via <disp-formula id="d2.46"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math><label>(2.46)</label></disp-formula>for some appropriately chosen <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>. It is easy to see this via a similarity transformation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> using <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> that gives <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="d2.47"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo id="d2.47a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.47a1">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.47a1">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.47)</label></disp-formula>Setting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we see that the transformation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> does indeed take the reference state to the target state that we have worked with in the previous sections if we take the value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> to be what we found before.</p><p>Now let us consider an arbitrary path generated by the squeezing operator which takes the reference state to some more general target state: <disp-formula id="d2.48"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.48)</label></disp-formula>such that <disp-formula id="d2.49"><mml:math display="block"><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d2.49a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.49a1">=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>⇒</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.49)</label></disp-formula>We evaluate the length of this path using the Fubini-Study (FS) metric and minimizing it to get the complexity. In other words, the allowed circuits we are considering are the ones generated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>The Fubini-Study metric<fn id="fn7"><label><sup>7</sup></label><p>Note that the Fubini-Study metric is in the Hilbert space, while the distance we calculated in the previous subsection is in the space of unitaries.</p></fn> is <disp-formula id="d2.50"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.50)</label></disp-formula>The circuit length of a path traced by intermediate states <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d2.51"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo>ℓ</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.51)</label></disp-formula>The complexity is the length of minimal path: <disp-formula id="d2.52"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>ℓ</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.52)</label></disp-formula>This gives the geodesic to be a straight line path. Under a simple affine parametrization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the geodesic is <disp-formula id="d2.53"><mml:math display="block"><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.53)</label></disp-formula>The complexity for the target state is the length of this straight line path <disp-formula id="d2.54"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.54)</label></disp-formula>This matches with the complexity derived in the previous section. The idea here is that the unitary transformation was generated by one generator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the squeezing operator. We interpret the squeezing operator as creating entanglement between the two oscillators, and we use this as another approach to the definition of complexity. In the present case, we see that the two approaches match.</p></sec><sec id="s2d"><label>D.</label><title><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional Majorana on a lattice</title><p>So far we have considered just a pair of fermionic oscillators, albeit with a coupling that was motivated by our eventual interest in field theory. Now we will consider discretized versions of the field theory, and consider full lattices, with periodic and antiperiodic boundary conditions. We will work with Majorana fermions for concreteness.</p><p>The Hamiltonian of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Majorana theory in terms of the complexified variables is (see Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3e">III E</xref> for a derivation): <disp-formula id="d2.55"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.55)</label></disp-formula>By placing it on a circular<fn id="fn8"><label><sup>8</sup></label><p>We use the word circular to refer to both periodic and antiperiodic boundary conditions simultaneously.</p></fn> lattice with lattice spacing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the Hamiltonian for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> oscillators is <disp-formula id="d2.56"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d2.56a1">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.56)</label></disp-formula>We can quantize by imposing the anticommutation relations <disp-formula id="d2.57"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.57)</label></disp-formula>The Hamiltonian will be written as <disp-formula id="d2.58"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.58)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>δ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We will look at the lattice with periodic (Ramond) and antiperiodic (Neveu-Schwarz) boundary conditions.</p><sec id="s2d1"><label>1.</label><title>Ramond boundary condition</title><p>The Ramond boundary condition is imposed by <disp-formula id="d2.59"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.59)</label></disp-formula>The discrete Fourier transform for this boundary condition is <disp-formula id="d2.60"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math><label>(2.60)</label></disp-formula>and the inverse discrete Fourier transform is <disp-formula id="d2.61"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.61)</label></disp-formula>From the sum rule of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>th roots of unity <disp-formula id="d2.62"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math><label>(2.62)</label></disp-formula>one can show that the anticommutation relations translate to <disp-formula id="d2.63"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.63)</label></disp-formula>One can check that the Fourier transformed variables also satisfy a Ramond-like boundary condition in Fourier space: <disp-formula id="d2.64"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.64)</label></disp-formula>Using all of these, the Hamiltonian in terms of the Fourier transformed variables can be written as <disp-formula id="d2.65"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(2.65)</label></disp-formula>Since the range of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is periodic, we can use <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to bring this to a more convenient form: <disp-formula id="d2.66"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(2.66)</label></disp-formula>This form can be directly translated to the normal modes by an adaptation of our earlier B-V construction. We can see that the oscillators at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> are getting mixed, independently from the rest of the oscillators. The ground state will be the tensor product of the ground state of each such pair, together with the ground states of the unpaired oscillators at the boundary. The pairing is different for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> odd and even, so we will do these two cases separately.</p><p>The reference state is defined as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> which is the same thing as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This state has no entanglement between any two oscillators on the lattice.</p><p>When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is odd, rewriting the Hamiltonian in the paired form yields <disp-formula id="d2.67"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d2.67a1">=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.67)</label></disp-formula>This can be written as <disp-formula id="d2.68"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.68)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the Hamiltonian for the two oscillators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Defining <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <disp-formula id="d2.69"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(2.69)</label></disp-formula>After B-V transformation <disp-formula id="d2.70"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.70)</label></disp-formula>Here <disp-formula id="d2.71"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo id="d2.71a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>η</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.71a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.71)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. The ground state is defined by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Writing <disp-formula id="d2.72"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.72)</label></disp-formula>where now <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, using B-V transformations we can show that the ground state takes the form <disp-formula id="d2.73"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mover accent="true"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>00</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>00</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>11</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math><label>(2.73)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>01</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>10</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Furthermore <disp-formula id="d2.74"><mml:math display="block"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>00</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>η</mml:mi><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>11</mml:mn></mml:msub></mml:math><label>(2.74)</label></disp-formula>and <disp-formula id="d2.75"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>00</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>11</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.75)</label></disp-formula>So here also the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> reduction (analogous to the minimal oscillator toy model) happens. The transformation from reference state to target state for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> oscillators together can therefore be viewed as an element of <disp-formula id="d2.76"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.76)</label></disp-formula>This is a tensor product of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> factors of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> because <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> pairs of oscillators are getting mixed at a time when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is odd. The complexity for the ground state of the Hamiltonian in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.68">(2.68)</xref> is then immediately calculated to be <disp-formula id="d2.77"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.77)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d2.78"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.78)</label></disp-formula></p><p>Similarly when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is even the Hamiltonian in paired form is <disp-formula id="d2.79"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.79)</label></disp-formula>with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> here being the same as in the odd case. The only difference is that in the even case there are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> pairs and so the transformation from reference state to target state for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> oscillators can be taken to be in <disp-formula id="d2.80"><mml:math display="block"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.80)</label></disp-formula>The complexity for the ground state of the Hamiltonian in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.79">(2.79)</xref> is now <disp-formula id="d2.81"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.81)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the same as in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.78">(2.78)</xref>.</p></sec><sec id="s2d2"><label>2.</label><title>Neveu-Schwarz boundary condition</title><p>Let us now impose a Neveu-Schwarz boundary condition, <disp-formula id="d2.82"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.82)</label></disp-formula>on our Majorana lattice. The discrete Fourier transform for this boundary condition is <disp-formula id="d2.83"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math><label>(2.83)</label></disp-formula>and the inverse transform <disp-formula id="d2.84"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac></mml:msup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.84)</label></disp-formula>Although <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> satisfies the Neveu-Schwarz boundary condition, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> satisfies an analogue of the Ramond boundary condition in Fourier space: <disp-formula id="d2.85"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(2.85)</label></disp-formula>The Hamiltonian takes the form <disp-formula id="d2.86"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d2.86a1">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.86a1">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(2.86)</label></disp-formula>Using periodicity in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can use <disp-formula id="d2.87"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math><label>(2.87)</label></disp-formula>to rewrite the Hamiltonian as <disp-formula id="d2.88"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d2.88a1">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.88)</label></disp-formula>When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is even, the Hamiltonian in the paired form is <disp-formula id="d2.89"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d2.89a1">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.89a1">≡</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.89)</label></disp-formula>As in the Ramond case, this can again be interpreted as a pairwise mixing Hamiltonian, and the corresponding term of the Hamiltonian is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. At each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, defining <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (the index <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is suppressed in the operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>), <disp-formula id="d2.90"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="d2.90a1">=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.90)</label></disp-formula>Comparing with the Ramond case, the only difference is that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> there is replaced by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> here. Following a similar approach one can show here too that the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> reduction happens. The transformation from the reference state to the target state for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> oscillators is in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The complexity for the ground state of the Hamiltonian in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.89">(2.89)</xref> is <disp-formula id="d2.91"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.91)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d2.92"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.92)</label></disp-formula></p><p>Similarly when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is odd the paired form of the Hamiltonian is <disp-formula id="d2.93"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.93)</label></disp-formula>with the same <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as in the even case (for the Neveu-Schwarz boundary condition). This time there are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> pairs and so the transformation from the reference state to the target state for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> oscillators is in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The complexity for the ground state of the Hamiltonian in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.93">(2.93)</xref> is <disp-formula id="d2.94"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2.94)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the same as in <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.92">(2.92)</xref>.</p></sec></sec></sec><sec id="s3"><label>III.</label><title>CONTINUUM FIELD THEORY</title><p>Everything we did so far was by discretizing spacetime into a lattice. This was the strategy adopted for the scalar case in <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref>, and what we have shown is that a similar strategy works (modulo minor—for our purposes—subtleties like fermion doubling) for fermions as well. Now we will work directly in the continuum case following the corresponding approach for scalars undertaken in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>. The idea here is basically a generalization of the squeezing operator approach we discussed in passing in the lattice case. We can reach from an unentangled reference state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to the entangled target state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> via a unitary transformation <disp-formula id="d3.1"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.1)</label></disp-formula>where in many cases, we will find that the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be realized via an appropriate squeezing operator, which creates quantum entanglement below some UV cutoff scale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> parametrizes our path such that at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> we have our reference state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> we get the target state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The path ordering <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> is not required for commuting generators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, as will often be the case if we manage to find appropriate squeezing operators. We will begin with Dirac fermions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions, which is a standard context where the cMERA tensor network is discussed <xref ref-type="bibr" rid="c6 c7">[6,7]</xref>, with an eye towards our discussions in the next section.</p><sec id="s3a"><label>A.</label><title>Dirac in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>We consider the Dirac Hamiltonian in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions given by <disp-formula id="d3.2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(3.2)</label></disp-formula>Here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the two component complex fermion and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. By a Fourier transform <disp-formula id="und1"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>we can write the Hamiltonian as <disp-formula id="d3.3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d3.3a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(3.3)</label></disp-formula>The canonical anticommutators in momentum space become <disp-formula id="d3.4"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.4)</label></disp-formula>The reference unentangled IR state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be defined by <disp-formula id="d3.5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.5)</label></disp-formula>This is the ground state of the ultralocal Hamiltonian <disp-formula id="d3.6"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:math><label>(3.6)</label></disp-formula>The ground state of this fermionic theory can be obtained by direct analogy with the discrete case via a Bogoliubov-Valatin transformation<fn id="fn9"><label><sup>9</sup></label><p>Note that this same ground state is precisely the one that is obtained in the standard approach to quantization of Dirac fermions, which involves the introduction of Dirac <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula> modes. We demonstrate this in Appendix <xref ref-type="app" rid="app3">C</xref>.</p></fn> which is <disp-formula id="d3.7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.7)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d3.8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.8a1">=</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.8a1">=</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.8)</label></disp-formula>are the normal mode coordinates and <disp-formula id="d3.9"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.9)</label></disp-formula><disp-formula id="d3.10"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.10)</label></disp-formula>Noting that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we introduce <disp-formula id="d3.11"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.11)</label></disp-formula>so that <disp-formula id="d3.12"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.12)</label></disp-formula>Note the similarity of this expression <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with analogous expressions in the discrete case.</p><p>As our target state, following the scalar case in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>, we consider the approximate ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> which is defined as <disp-formula id="d3.13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="d3.13a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.13a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(3.13)</label></disp-formula>We can reach the target state from the reference state via a unitary transformation of the form <disp-formula id="d3.14"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.14)</label></disp-formula>where the reference state is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the squeezing operator which we define as <disp-formula id="d3.15"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.15)</label></disp-formula>We will see that this construction shares many of the features of the scalar case discussed in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>, despite the fact that here the entanglement is happening between the two fermionic modes, and not between modes at antipodal momenta. Note also that the target ground state that we have defined is <italic>not</italic> the cMERA ground state <xref ref-type="bibr" rid="c6 c7">[6,7]</xref> even though in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> limit they both tend to the true ground state. The cMERA can be viewed as a nongeodesic path in our language, as we will discuss in the next section.</p></sec><sec id="s3b"><label>B.</label><title>Ground state complexity</title><p>Before we do all that, let us evaluate the complexity using our squeezing operator above. With the specific choice of the squeezing operator we have made in the previous section, the calculation goes entirely parallel to the one in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>, but we review it here largely to establish our notation. First, we calculate the distance with the Fubini-Study metric, <disp-formula id="d3.16"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.16)</label></disp-formula>and then minimize the length. The circuit length of a path traced by intermediate states <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d3.17"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.17)</label></disp-formula>Using <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.1">(3.1)</xref> we can write the FS metric as <disp-formula id="d3.18"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.18)</label></disp-formula></p><p>In the context of our discussion in the previous subsection, we can consider a general path generated by the squeezing operator as a unitary transformation that takes the state through <disp-formula id="d3.19"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.19)</label></disp-formula>Here <disp-formula id="d3.20"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.20)</label></disp-formula>where the last condition arises from our specific choice of target state. The order of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> integrals can be exchanged because <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> at different <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> are all commuting. By direct calculation one sees that <disp-formula id="d3.21"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.21)</label></disp-formula>Here we write <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:math></inline-formula>. The complexity is the length of the minimal path: <disp-formula id="d3.22"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo id="d3.22a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.22a1">=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.22)</label></disp-formula>We recognize a flat Euclidean geometry associated with coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, implying that the geodesic is a straight line path. Under a simple affine parametrization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the geodesic is <disp-formula id="d3.23"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.23)</label></disp-formula>The complexity for the target state is the length of this straight line path, <disp-formula id="d3.24"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.24)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref>. As we see, the essential difference between complexity in the scalar case and the fermionic case is in the form of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, both in the discrete case and the continuum case. We find that the parallel between the form of the complexity in the discrete <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref> and continuum <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> cases for the scalar, holds for the fermionic case as well.</p><p>These integrals are divergent in the cutoff <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In the massive case, the above expression can be explicitly evaluated to <disp-formula id="d3.25"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d3.25a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.25a1">-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mrow other="silent"><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.25a1">-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.25a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(3.25)</label></disp-formula>Its behavior at large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> takes the form <disp-formula id="d3.26"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.26)</label></disp-formula>When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> the integral is simple and the complexity simplifies: <disp-formula id="d3.27"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.27)</label></disp-formula></p></sec><sec id="s3c"><label>C.</label><title>Ground state complexity and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators</title><p>Our discussion so far used a single generator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> to reach the target state. This can be viewed as a specific choice of gate in the circuit complexity language. Since we were able to construct a parallel between the entangling operator in the scalar case in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> and the Dirac fermion case above, it is interesting to ask whether a construction analogous to the more general <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators discussed in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> is possible here. It turns out that the answer is yes, except that the generators satisfy an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra now. Our calculations in this section are direct adaptations of those in the Letter of <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>, but we include some tricks here that simplify the calculation.</p><p>The basic idea is to note that the target state can also be reached by using a more general set of generators: <disp-formula id="d3.28"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.28a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.28a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.28a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.28)</label></disp-formula>These commute with the number preserving operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. These generators satisfy the following commutations relations: <disp-formula id="d3.29"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo id="d3.29a1">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.29a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.29a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.29)</label></disp-formula>This is easily seen to be a set of decoupled <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebras at each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, once one rescales the generators appropriately with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:math></inline-formula>. Now as in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> let us consider a general path of the form: <disp-formula id="d3.30"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.30)</label></disp-formula>generated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, given as <disp-formula id="d3.31"><mml:math display="block"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.31)</label></disp-formula>The unitarity condition for the above transformation implies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We can decompose the unitary transformation above using <xref ref-type="bibr" rid="c8">[8]</xref> <disp-formula id="d3.32"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.32a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.32)</label></disp-formula>where the coefficients are <disp-formula id="und2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="und2a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="und2a1">=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>cosh</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>sinh</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi></mml:math></inline-formula> defined via <disp-formula id="d3.33"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.33)</label></disp-formula>Analogous to <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> now we can observe that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> annihilates the reference state while the exponential of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> only changes the reference state up to a phase <disp-formula id="d3.34"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.34)</label></disp-formula>So <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be written as <disp-formula id="d3.35"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math><label>(3.35)</label></disp-formula>with <disp-formula id="d3.36"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.36)</label></disp-formula></p><p>To compute the Fubini-Study metric from here is a bit of work, and we will introduce a small trick to accomplish it painlessly. Let us define <disp-formula id="d3.37"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math><label>(3.37)</label></disp-formula>The crucial fact that makes them useful is that they satisfy identical commutation relations as the untilde’d operators: <disp-formula id="d3.38"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo id="d3.38a1">=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.38a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.38a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.38)</label></disp-formula>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be written as a linear combination of these generators as well: <disp-formula id="d3.39"><mml:math display="block"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.39)</label></disp-formula>Comparing this with Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.32">(3.32)</xref>, we get <disp-formula id="d3.40"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.40)</label></disp-formula>As the tilde’d generators <italic>also</italic> satisfy identical commutation relations, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be decomposed in the same fashion in terms of these generators as <disp-formula id="d3.41"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.41a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.41)</label></disp-formula>where the coefficients satisfy exactly the same formulas as before, but now with tilde’d quantities. Using <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.40">(3.40)</xref> we can show that these are related to the coefficients in <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.33">(3.33)</xref> by <disp-formula id="d3.42"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.42)</label></disp-formula>It is useful to write the decomposition of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with the latter generators: <disp-formula id="d3.43"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.43a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.43a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math><label>(3.43)</label></disp-formula>This last form helps us in substantially reducing the mindless labor involved in the calculations here as well as in the analogous results in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>.</p><p>Further in this section we suppress some notations: the integral over <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is just denoted with the integral symbol, and the argument <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is often not explicitly written. To calculate the Fubini-Study metric, we have <disp-formula id="d3.44"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.44)</label></disp-formula>This leads to <disp-formula id="und3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="und3a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.45a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.45a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is defined via <disp-formula id="d3.45"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.45)</label></disp-formula>This leads to <disp-formula id="d3.46"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d3.46a1">=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.46)</label></disp-formula>It is useful to note that <disp-formula id="d3.47"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ζ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.47)</label></disp-formula>The second piece in the Fubini-Study metric follows from a similar, but slightly lengthier calculation: <disp-formula id="d3.48"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d3.48a1">=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.48)</label></disp-formula>So the final form of the metric is <disp-formula id="d3.49"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.49)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d3.50"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ζ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.50)</label></disp-formula>Making use of the identity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the metric finally simplifies to <disp-formula id="d3.51"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.51)</label></disp-formula>where the prime denotes the derivative with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Thus the metric has the form of the Fubini-Study metric on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> ka <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the complexity arises as its geodesic. Note the sign difference from the results of <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>.</p></sec><sec id="s3d"><label>D.</label><title>Another generator</title><p>Now that we have the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators in our hand, we can construct another single generator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> out of them that is distinct from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which takes us from the initial reference state to the target state, just like <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> does <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>. This takes the form <disp-formula id="d3.52"><mml:math display="block"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.52)</label></disp-formula>The unitary transformation which does the job is <disp-formula id="d3.53"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.53)</label></disp-formula>Let the intermediate state be <disp-formula id="d3.54"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.54)</label></disp-formula>Plugging this in the Fubini-Study metric gives <disp-formula id="d3.55"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>FS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.55)</label></disp-formula>So the path with the least length is <disp-formula id="d3.56"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.56)</label></disp-formula></p><p>We can compare the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> form with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators of the last section, and read off <disp-formula id="d3.57"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="d3.57a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>sin</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>sin</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.57a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.57)</label></disp-formula>which translates to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="d3.58"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.58)</label></disp-formula>At <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> becomes <disp-formula id="d3.59"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>tan</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.59)</label></disp-formula>The length of this path, on plugging the expression <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.58">(3.58)</xref> into the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> metric from the end of last section, yields <disp-formula id="d3.60"><mml:math display="block"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.60)</label></disp-formula>This can be explicitly evaluated to be <disp-formula id="d3.61"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.61)</label></disp-formula>which goes as <disp-formula id="d3.62"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:math><label>(3.62)</label></disp-formula>for large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, with the dots denoting subleading powers in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This distance is more than the one presented in <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.26">(3.26)</xref> which is obvious in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> limit.</p><p>For comparison, for the straight line path using squeezing operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> coefficients are <disp-formula id="d3.63"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi mathvariant="normal">Ξ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.63)</label></disp-formula>which gives the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as <disp-formula id="d3.64"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.64)</label></disp-formula>The complexity of this path has been discussed in a previous subsection.</p><p>In Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>, we explicitly show that the minimal path when the squeezing operator is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is a geodesic of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> metric, but the minimal path of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> operator is not.</p></sec><sec id="s3e"><label>E.</label><title>Majorana fermions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>Now we move on to field theories other than the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-d Dirac fermion, which as we demonstrated, has very close parallels to the scalar field theory discussed in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref>. First we turn to the Majorana theory.</p><p>Previously we discussed the discrete version of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional Majorana field theory. Now we consider the continuum version of it. The Lagrangian is <disp-formula id="d3.65"><mml:math display="block"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.65)</label></disp-formula>where the gamma matrices are the same ones we used in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2">II</xref> [see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.7">(2.7)</xref>], and <disp-formula id="d3.66"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.66)</label></disp-formula>The field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a two-component spinor with its components real Grassmann variables classically: <disp-formula id="d3.67"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.67)</label></disp-formula>The Lagrangian in terms of them becomes <disp-formula id="d3.68"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo id="d3.68a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.68)</label></disp-formula>We developed our B-V technology more directly in the language of complex Grassmann variables, so we rewrite the Lagrangian in terms of <disp-formula id="d3.69"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.69)</label></disp-formula>Here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are complex Grassmann variables. The Lagrangian becomes <disp-formula id="d3.70"><mml:math display="block"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo id="d3.70a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(3.70)</label></disp-formula>and the Hamiltonian <disp-formula id="d3.71"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.71)</label></disp-formula>Quantization proceeds by imposing the canonical anticommutation relations <disp-formula id="d3.72"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.72)</label></disp-formula>and all other anticommutators are zero. Doing a Fourier transform <disp-formula id="d3.73"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math><label>(3.73)</label></disp-formula>they turn to <disp-formula id="d3.74"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(3.74)</label></disp-formula>and all other anticommutators are zero. The Hamiltonian in Fourier variables is <disp-formula id="d3.75"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d3.75a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.75)</label></disp-formula>We define the reference state to be <disp-formula id="d3.76"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math><label>(3.76)</label></disp-formula>which is the same as defining <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This state has no entanglement in position space and is also the ground state of the ultralocal Hamiltonian, ie., the above Hamiltonian without the terms arising from the derivatives in position space.</p><p>In the ground state the oscillators at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> are to be entangled. The target state can be reached by using the squeezing operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> defined here as <disp-formula id="d3.77"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.77)</label></disp-formula>This operator entangles the oscillators at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Let us rewrite the Hamiltonian as <disp-formula id="d3.78"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo id="d3.78a1">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.78)</label></disp-formula>In the Dirac case the integration limits ran from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> but here it is from 0 to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In other words, we have the freedom to define <disp-formula id="d3.79"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.79)</label></disp-formula>here, and when we do it, we get the Dirac Hamiltonian that we wrote down earlier but with the integration over <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> limited to the positive <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> real axis.<fn id="fn10"><label><sup>10</sup></label><p>These <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> refer to the Dirac notation analogous to that in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III A</xref> and should not be confused with the real <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> (with lower indices) used in this section.</p></fn> In other words, we are reinterpreting the entanglement between <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> modes here as entanglement between two different fields, but at same <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> (restricted to be positive). Since much of the calculations in the Dirac case goes through at each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> separately, this means that the Majorana calculation reduces loosely to half of Dirac. Apart from the restriction in the range of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the ground states for both cases are the same and the reference states are also the same. So the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the same as before and every derivation here is the same as before with the only difference being in the lower integration limit which is 0 for this case and not <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as in the previous case. The complexity for the ground state of the Majorana theory is then <disp-formula id="d3.80"><mml:math display="block"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.80)</label></disp-formula>As <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is an even function in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we have <disp-formula id="d3.81"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Dirac</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Majorana</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.81)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Dirac</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Majorana</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the complexities for the ground state of Dirac and Majorana theories in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions.</p></sec><sec id="s3f"><label>F.</label><title>Fermions in higher dimensions</title><p>Now we will generalize some of the above considerations to higher dimensions. The fermionic field theoretic Hamiltonian in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> spacetime dimensions is <disp-formula id="d3.82"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.82)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> runs from 1 to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>. After doing a Fourier transform on each of the components of the spinor <disp-formula id="d3.83"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.83)</label></disp-formula>The Hamiltonian in Fourier variables is <disp-formula id="d3.84"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.84)</label></disp-formula></p><sec id="s3f1"><label>1.</label><title>Massless theory in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>Let us start by considering a massless theory in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions in chiral (aka Weyl) basis: <disp-formula id="d3.85"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.85)</label></disp-formula>For massless particles the two Weyl spinors decouple from each other. The Hamiltonian is <disp-formula id="d3.86"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.86)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> runs from 1 to 3. Each component of the spinor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be interpreted as an oscillator at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. At each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> there are four fermionic oscillators with the Hamiltonian <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="d3.87"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.87a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.87a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.87a1">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.87)</label></disp-formula>In the above equation the dependence of the fields on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is suppressed. The two oscillators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are decoupled from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>For each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, let us define <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> so that <disp-formula id="d3.88"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(3.88)</label></disp-formula>with <disp-formula id="d3.89"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.89a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.90a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.89)</label></disp-formula></p><p>After the by-now-familiar B-V transformation we get <disp-formula id="d3.90"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.90)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. The B-V transformation for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> type oscillators is <disp-formula id="d3.91"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo minsize="17ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="17ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.91)</label></disp-formula>and the B-V transformation for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> type oscillators is <disp-formula id="d3.92"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo minsize="17ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="17ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.92)</label></disp-formula></p><p>Here there is no natural ultralocal Hamiltonian, because mass is zero. We can choose any reference state which has no entanglement in the physical (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>) space. Let us define the reference state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to be the state which is annihilated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. This is the same thing as defining the reference state to be annihilated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2 and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p><p>We define the target state to be the approximate ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> defined as <disp-formula id="d3.93"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="d3.93a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.93a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(3.93)</label></disp-formula>It is possible to see that the target state can be reached from the reference state by the unitary transformation <disp-formula id="d3.94"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.94)</label></disp-formula>where the squeezing operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> here is <disp-formula id="d3.95"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.95a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.95a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math><label>(3.95)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d3.96"><mml:math display="block"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.96)</label></disp-formula>It can also be checked that the unitary transformation takes the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s via the similarity transformations <disp-formula id="d3.97"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d3.97a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.97a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.97)</label></disp-formula>As the annihilation operators of the reference state are transformed to the annihilation operators of the target state via the similarity transformation, the unitary transformation takes the reference state to the target state.</p><p>Now let us consider an arbitrary path generated by the squeezing operator <disp-formula id="d3.98"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="d3.98a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.98a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.98)</label></disp-formula>Note that by identifying a judicious squeezing operator, here too we have bypassed the need to do any path ordering because all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> commute.</p><p>Evaluating the length of this path using the Fubini-Study metric gives <disp-formula id="d3.99"><mml:math display="block"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.99)</label></disp-formula>Doing a “coordinate” transformation <disp-formula id="d3.100"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(3.100)</label></disp-formula>the length of the path becomes <disp-formula id="d3.101"><mml:math display="block"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.101)</label></disp-formula>This is again a flat Euclidean geometry associated with coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and so the geodesic is <disp-formula id="d3.102"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.102)</label></disp-formula>The complexity is the length of this path <disp-formula id="d3.103"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.103)</label></disp-formula>This integral can in principle be explicitly evaluated, but we will not present it here. Instead we go on to the massive case, where we will present all the gory details.</p></sec><sec id="s3f2"><label>2.</label><title>Ground state complexity and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators</title><p>Let us consider an extended set of paths as we did before in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III C</xref>. We introduce <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators and consider the paths generated by them. More general paths are possible as we will see in the next subsection, but this is a sufficiently interesting generalization that contains our squeezing operator. The squeezing operator used in the previous subsection can be written as <disp-formula id="d3.104"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.104a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.104a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.104)</label></disp-formula>Let <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and by absorbing the phases into the ladder operators the squeezing operator simplifies to <disp-formula id="d3.105"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.105a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.106a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.106a1">=</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.105)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>Notice from the Hamiltonian in the previous section the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> type oscillators and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula> type oscillators completely decouple from each other. We can introduce the following generators: <disp-formula id="d3.106"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.106a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.106a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.106a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.106)</label></disp-formula>Together these six generators generate a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra. Each of these generators commute with the number preserving operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <disp-formula id="d3.107"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(3.107)</label></disp-formula>Let us consider the path generated by an arbitrary linear combination of these six generators <disp-formula id="d3.108"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.108)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the reference state defined in the previous section and here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <disp-formula id="d3.109"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.109a1">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.109a1">=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.109)</label></disp-formula>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>’s commute with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>’s (for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>), so <disp-formula id="d3.110"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.110)</label></disp-formula>Proceeding in the same way as in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III C</xref> we get <disp-formula id="d3.111"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(3.111)</label></disp-formula>with <disp-formula id="d3.112"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(3.112)</label></disp-formula>and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>’s and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>’s are defined exactly analogous to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-d case.</p><p>Computing the Fubini-Study metric will give two copies of the metric on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the length of the whole path is minimized if the length of each individual path (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) is minimized. As these are just two copies of what we had before in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>, we conclude that the straight line path taken by our squeezing operator is the shortest path in the space of paths generated by the entire <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra of generators. This is unsurprising: the Hamiltonian of the massless <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> theory in the chiral basis can be seen to be two copies of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> Dirac theory that we studied earlier, after the phase redefinitions etc. that we did. So the path length can be understood as path lengths in two separate factorized Hilbert spaces, each of which contains the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> structure.</p></sec><sec id="s3f3"><label>3.</label><title>Massive theory in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>Now we go on to consider the massive theory in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions in the Dirac basis: <disp-formula id="d3.113"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.113)</label></disp-formula>The Hamiltonian in terms of the Fourier variables is <disp-formula id="d3.114"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.114)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> runs from 1 to 3. Interpreting the components of the spinor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as oscillators, the Hamiltonian for the four oscillators at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d3.115"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="d3.115a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.115a1">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.115)</label></disp-formula>At each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> let us define the operators <disp-formula id="d3.116"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1.5em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(3.116)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and define <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. In terms of these the Hamiltonian for the four oscillators at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> becomes <disp-formula id="d3.117"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.117a1">=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.117)</label></disp-formula>After the usual B-V transformation this becomes <disp-formula id="d3.118"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(3.118)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>.</p><p>The B-V transformation is <disp-formula id="d3.119"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo minsize="31ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="31ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo minsize="31ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="31ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(3.119)</label></disp-formula></p><p>We will take the reference state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is defined as the ground state of the ultralocal Hamiltonian <disp-formula id="d3.120"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo id="d3.120a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.120a1">=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.120)</label></disp-formula>This state is annihilated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. This state has no entanglement in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> space. The target state is the approximate ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> defined as <disp-formula id="d3.121"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="d3.121a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.121a1">=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo>∀</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.121)</label></disp-formula></p><p>The basic observation of this section is that the target state can be reached from the reference state by the unitary transformation <disp-formula id="d3.122"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.122)</label></disp-formula>where the squeezing operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d3.123"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d3.123a1">=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.123)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d3.124"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.124)</label></disp-formula>Here <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>.</p><p>This unitary transformation takes the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to a linear combination of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> via the similarity transformations <disp-formula id="d3.125"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d3.125a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.125a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>κ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(3.125)</label></disp-formula>Crucially, there are no creation operators in the linear combinations on the right-hand side, hence this unitary transformation takes the reference state to the target state.</p><p>Now we can as usual consider an arbitrary path generated by the squeezing operator <disp-formula id="d3.126"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.126)</label></disp-formula>Path ordering is not necessary because all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> commute. Evaluating the length of this path using the Fubini-Study metric gives <disp-formula id="d3.127"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(3.127)</label></disp-formula>The change of variable analogous to the massless case takes the form <disp-formula id="d3.128"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(3.128)</label></disp-formula>and the length of the path takes the usual form <disp-formula id="d3.129"><mml:math display="block"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(3.129)</label></disp-formula>This is again a flat Euclidean geometry associated with coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and so the geodesic is <disp-formula id="d3.130"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.130)</label></disp-formula>The complexity is the length of this path, and is given by <disp-formula id="d3.131"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>arctan</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math><label>(3.131)</label></disp-formula>This integral can be explicitly evaluated: <disp-formula id="d3.132"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="d3.132a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.132a1">-</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mrow other="silent"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>48</mml:mn><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(3.132)</label></disp-formula></p><p>Its behavior at large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> takes the form <disp-formula id="d3.133"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo id="d3.133a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.133)</label></disp-formula>When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the exact form of the integral is simple to write down: <disp-formula id="d3.134"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(3.134)</label></disp-formula></p><p>Analogous to the previous cases, one can ask whether there exists a bigger class of generators in which our squeezing operator is a specific linear combination. It is straightforward to see that this is the case, and that the natural algebra generated by the creation annihilation operators is an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and therefore a natural geometry that arises in the space of these more general paths is an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. We elaborate on this in Appendix <xref ref-type="app" rid="app5">E</xref>.</p></sec></sec></sec><sec id="s4"><label>IV.</label><title>FERMIONIC CMERA</title><p>The discussion we have had in the previous section is very close in spirit to the so-called cMERA tensor network, which one can view in our language just as an alternate choice of path connecting the reference state to the target state. The cMERA circuit can be viewed as entangling the neighboring oscillators in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> space and doing a scale transformation iteratively.</p><p>In what follows we will define the target state at finite cutoff to be some approximate ground state using cMERA. This approximate ground state need not be the same approximate ground state as defined previously. But as the cutoff is taken to infinity both will tend to the true ground state of the theory. Our discussion of cMERA will follow the papers <xref ref-type="bibr" rid="c6 c7">[6,7]</xref>. We will compute the length of the cMERA path for fermions. The discussions in <xref ref-type="bibr" rid="c6 c7">[6,7]</xref> are for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional fermions, we will also consider a cMERA-like path that is a natural generalization of these works to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions.</p><sec id="s4a"><label>A.</label><title>Dirac cMERA in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>We will use the version of cMERA that is described for the Dirac theory in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions in <xref ref-type="bibr" rid="c7">[7]</xref>.</p><p>The cMERA path <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d4.1"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(4.1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the reference state defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.5">(3.5)</xref>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the squeezing operator given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.15">(3.15)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="c7">[7]</xref>, <disp-formula id="d4.2"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(4.2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the step function (it is 1 for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and zero elsewhere) and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d4.3"><mml:math display="block"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.3)</label></disp-formula>Note that the integration range of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="d4.1">(4.1)</xref> is superficially <italic>not</italic> restricted and is from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Effectively there are restrictions, arising from the step function. It is important to be careful about this type of thing in what follows, especially when changing the order of integration in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the double integral. The path is parametrized from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> to 0 by the parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is our conventional path parameter that runs from 0 to 1. The parametric values of the reference state and target state are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> and 0 respectively.</p><p>The target state reached by cMERA is <disp-formula id="d4.4"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(4.4)</label></disp-formula>where<fn id="fn11"><label><sup>11</sup></label><p>Note that some of the expressions we present here are superficially in tension with the results in <xref ref-type="bibr" rid="c7">[7]</xref>. This is because (we believe) the results—see in particular (121)–(123)—in <xref ref-type="bibr" rid="c7">[7]</xref> should be compared only up to terms suppressed by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. A clean way to see this is to note that the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in (121) and (122) in <xref ref-type="bibr" rid="c7">[7]</xref> do not have the same <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> dependence: in particular, (122) vanishes when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, but (121) does not.</p></fn> <disp-formula id="d4.5"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d4.5a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(4.5)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref>. Note that changing the order of integration has brought out the promised <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-integral. This target state reproduces the true ground state in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> limit as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in this limit. Note that at finite values of the cutoff, it does <italic>not</italic> lead to the target state that we defined in our <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional discussion in the previous section. This is unlike in the case of the bosonic case that was considered in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> where the cutoff target state had an extra parameter available (it was called <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="bibr" rid="c5 c7">[5,7]</xref>) and this could be used to make the two cutoff target states identical. We give a conceptual explanation for the absence of this extra scale in the fermionic case at the end of Appendix <xref ref-type="app" rid="app1">A</xref>, as a feature implicit in the structure of bosonic vs fermionic oscillators. The fact that the states are not the same at finite cutoff means that it is not meaningful to compare quantities at finite cutoff. We elaborate on some aspects of this observation in Appendix <xref ref-type="app" rid="app6">F</xref>.</p><p>At intermediate points on the cMERA path <disp-formula id="d4.6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(4.6)</label></disp-formula>with <disp-formula id="d4.7"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:math><label>(4.7)</label></disp-formula>Note again the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-integration range, again getting fixed by the change of integration order. Evaluating the length of this cMERA path using Fubini-Study metric gives <disp-formula id="d4.8"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.8)</label></disp-formula>In some of the calculations, it is useful to note that <xref ref-type="disp-formula" rid="d4.6">(4.6)</xref> can be written as <disp-formula id="d4.9"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="d4.9a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d4.9a1">≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.9)</label></disp-formula>In any event, it is possible to calculate this length explicitly, we present the result in Appendix <xref ref-type="app" rid="app7">G</xref> where we summarize various explicit formulas for complexities and circuit lengths. Here we merely note that when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <disp-formula id="d4.10"><mml:math display="block"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.10)</label></disp-formula>So the length of the cMERA path in this case is <disp-formula id="d4.11"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.11)</label></disp-formula></p><p>Now let us plot the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> for the following two paths. The straight line path taking the reference state to the cMERA target state is <disp-formula id="d4.12"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.12)</label></disp-formula>For the cMERA path, from <xref ref-type="disp-formula" rid="d4.6">(4.6)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d4.7">(4.7)</xref> we find <disp-formula id="d4.13"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo id="d4.13a1">=</mml:mo><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(4.13)</label></disp-formula>where the step function arises because in calculating <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> we want the entire <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>) dependence to be on the integrand in <xref ref-type="disp-formula" rid="d4.6">(4.6)</xref>. See Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>.</p><p>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> of the first (upper) plot here is for the geodesic path and the second plot is for the cMERA path. In both cases the target state is the cMERA target state. The theta function is responsible for cutting off the curves in the second figure at the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis: in practice this means that the cMERA path <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> has no support on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, whereas the straight line geodesic path has support on all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This was observed in the bosonic case in <xref ref-type="bibr" rid="c5">[5]</xref> as well.</p></sec><sec id="s4b"><label>B.</label><title>3+1 dimensions</title><p>We can generalize an analogous construction to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions (which we will call a cMERA-like path), and calculate the length of a similar construction for fermions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions in the Dirac basis. The path <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> we take is <disp-formula id="d4.14"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(4.14)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the ground state of the ultralocal Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.120">(3.120)</xref>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the squeezing operator given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.123">(3.123)</xref> and <disp-formula id="d4.15"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(4.15)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d4.16"><mml:math display="block"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo id="d4.16a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>arcsin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msqrt><mml:mi>Z</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math><label>(4.16)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. To obtain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> we follow the prescription of <xref ref-type="bibr" rid="c7">[7]</xref> and use <disp-formula id="d4.17"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(4.17)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.124">(3.124)</xref>.</p><p>In the following, we will discuss the massless case for simplicity because that is enough to make our points. The integrals in the above expressions are explicitly doable and we have calculated them also for the massive case. In particular, we have checked that the ground state is attained by the above path even in the massive case.</p><p>In the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> case the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> reduces to <disp-formula id="d4.18"><mml:math display="block"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.18)</label></disp-formula>The path is parametrized from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> to 0 by the parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The parametric values of the reference state and target state are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> and 0 respectively. The target state reached by this path is <disp-formula id="d4.19"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(4.19)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="d4.20"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.20)</label></disp-formula>At finite <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we have <disp-formula id="d4.21"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo id="d4.21a1">=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d4.21a1">=</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(4.21)</label></disp-formula>where <disp-formula id="d4.22"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.22)</label></disp-formula>Evaluating the length of this cMERA-like path using the Fubini-Study metric gives <disp-formula id="d4.23"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>8</mml:mn><mml:mn>7</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.23)</label></disp-formula>So the length of the cMERA-like path is <disp-formula id="d4.24"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>63</mml:mn></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(4.24)</label></disp-formula></p><p>One interesting feature of this construction is that one can see by comparing with <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.134">(3.134)</xref> that at finite cutoff, the supposedly minimal complexity found in <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.134">(3.134)</xref> is <italic>higher</italic> than the one found here. This is because the target states in both cases reach the true ground sate only at infinite cutoff, and it is not meaningful to compare the lengths to the two target states (which are distinct at finite cutoff). We present an example in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions that clarifies and illustrates this type of cutoff dependence in Appendix <xref ref-type="app" rid="app6">F</xref>.</p></sec></sec><sec id="s5"><label>V.</label><title>FUTURE DIRECTIONS AND SPECULATIONS</title><p>In this paper, we have calculated various natural notions of complexity in the space of unitary circuits for free fermionic quantum field theories. It seems possible that these results will be of some use in understanding the holographic significance of complexity (if any). We will conclude in this section by listing various future directions beyond the ones we briefly touched upon in the Introduction.</p><p>One of the questions that might be of interest is to understand the physical content hiding behind a cutoff dependent quantity like complexity. We have discussed the question of ambiguities that arise due to the cutoff in the target states and in the path. It is an interesting questions what IR sensible physical quantities we can extract from these without knowing the full UV completion of these theories. There are some parallels here to the case of entanglement entropy. Entanglement entropy is also not an observable in the conventional sense like complexity, but it does capture interesting physical information that is sensible in the IR, even though it is UV divergent <xref ref-type="bibr" rid="c9">[9]</xref>. It is tempting to also speculate whether supersymmetric theories with their better defined UV behavior lead to any special simplifications when calculating these quantities. But note that such simplifications do not seem to happen for entanglement entropy.</p><p>Two obvious interesting directions from a holographic perspective is to introduce gauge invariances and interactions. Perturbatively adding interactions seems reasonably straightforward, but ultimately for holographic purposes, we would like to get to a strongly coupled (conformal) gauge theory where we will probably need new ideas. The question of gauge invariance on the other hand seems like one where substantial progress might not be too hard to make: perhaps an approach along the lines of <xref ref-type="bibr" rid="c10">[10]</xref> which uses Wilson line based variables to define entanglement entropy might be useful here as well for non-Abelian gauge theories. In the case of asymptotically free theories, it seems reasonable that the UV behavior we find here for complexity will capture some of the relevant physics there as well. At least in an appropriate free theory limit, it seems plausible that the free field approach we have used might also work for gauge theories once one takes care of ghost modes as well. A discussion of complexity in Abelian gauge theories was done in <xref ref-type="bibr" rid="c11">[11]</xref>.</p><p>A simple situation which is quite interesting conceptually, and is a natural generalization of the work we have done in this paper, is to consider perturbative (bosonic and super) string theory on the world sheet. Unlike in the case of entanglement entropy where target space issues complicate some of the questions <xref ref-type="bibr" rid="c12">[12]</xref>, at least in the free limit, the circuit complexity of perturbative string theory should be conceptually easier to characterize and compute. This is because the reference states and target states can be understood purely within the world sheet theory as long as one makes sure that the central charge is zero. Some work along this direction will be reported elsewhere.</p><p>One thing we have ignored in this paper is the question of penalty factors for directions in circuit space <xref ref-type="bibr" rid="c4">[4]</xref> and the possibility of more general Finsler/non-Riemannian metrics. At the moment, it is not clear to us what metrics are more natural than others, so we have restricted our attention to simple Riemannian choices. A related question that clearly needs a better understanding is the question of what qualifies as a natural choice of interesting gates when defining complexity. We have used some natural choices suggested by the problem itself in the discrete and continuum cases, but it will be nice to find a canonical way to choose these gates.</p><p>We had two motivations for writing this paper. One was to understand complexity in quantum field theory as a prerequisite for understanding holographic complexity <xref ref-type="bibr" rid="c1">[1]</xref>. A second reason was the recent emergence of a type of strongly coupled fermionic theories called SYK (and related) models which have a controllable large-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> expansion. In particular, one possible case where a strongly coupled gauge theory could be solvable is in the context of the so-called SYK-like tensor models <xref ref-type="bibr" rid="c13">[13]</xref>. These theories are not field theories, but they offer the possibility of exact solvability <xref ref-type="bibr" rid="c14">[14]</xref>, and therefore it might be possible to calculate complexity for them exactly. Between the insights one can get from free fermionic <italic>field</italic> theories we discussed here, and these strongly coupled gauged fermionic (and possibly holographic) quantum <italic>mechanics</italic>, it will be interesting to see if one can make any headway into an understanding of complexity in strongly coupled holographic gauge theories.</p><fig id="f1"><object-id>1</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.98.126001.f1</object-id><label>FIG. 1.</label><caption><p>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> of first plot is for the geodesic path and the second plot is for the cMERA path. In both cases the target state is the cMERA target state. The above figure shows the plots of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> vs <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, increasing the peak of the curve signifies increasing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We see that while the cMERA path only acts on momenta <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the geodesic path alters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> for all the different momenta.</p></caption><graphic xlink:href="e126001_1.eps"/></fig></sec></body><back><ack><title>ACKNOWLEDGMENTS</title><p>We thank Shadab Ahamed, Vishikh Athavale, Arpan Bhattacharyya, Aninda Sinha, Sudhir Vempati and Aditya Vijaykumar for discussions and/or correspondence. C. K. thanks the Dublin Institute for Advanced Studies (DIAS) for hospitality during the final stages of this work.</p></ack><notes notes-type="noteadded"><title specific-use="run-in">Note added.—</title><p>After this result was obtained by us (but before our preprint appeared on the arXiv), a paper <xref ref-type="bibr" rid="c15">[15]</xref> appeared on the arXiv which considers discretized complexity for Dirac fermions. Even though we work with Majorana spinors and they seem to be using Dirac, it is reasonable for the results to be similar: we present concrete arguments why this is so (but in the continuum case), in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>. One of our results for the discrete case <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.17">(2.17)</xref> can be rewritten as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>ω</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, which we suspect is the same as Eq. (73) in <xref ref-type="bibr" rid="c15">[15]</xref>. See also the related earlier work <xref ref-type="bibr" rid="c16">[16]</xref>.</p></notes><app-group><app id="app1"><label>APPENDIX A:</label><title>OSCILLATOR CONVENTIONS</title><p>We review some elementary facts to establish notation (as well as to set up a dictionary to go between notations).</p><p>The phase space of the bosonic simple harmonic oscillator is comprised of two real variables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The number of degrees of freedom can be defined as half of the dimensionality of the phase space, and so the bosonic oscillator has exactly 1 degree of freedom. By combining the two phase space variables one defines the (complex, aka non-Hermitian) creation and annihilation operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <disp-formula id="da1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A1)</label></disp-formula>which satisfy the standard commutation relations <disp-formula id="da2"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A2)</label></disp-formula>as a result of the canonical commutator, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In terms of these the oscillator Hamiltonian can be written as <disp-formula id="da3"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(A3)</label></disp-formula>We could have absorbed the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msqrt><mml:mi>ω</mml:mi></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>’s in the definition of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> above into the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula>, without changing the discussion. The factor of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> in the definition can be absorbed only by introducing a compensating factor on (say) the right-hand side of the canonical commutator: it changes the symplectic structure.</p><p>By analogy, the phase space of the simple fermionic oscillator will contain two real (but now Grassmann) variables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The number of degrees of freedom as given by half the phase space dimensionality is then 1. We define linear combinations of them which are again non-Hermitian: <disp-formula id="da4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A4)</label></disp-formula>We want them to satisfy the anticommutator <disp-formula id="da5"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(A5)</label></disp-formula>This is accomplished by the canonical anticommutator (note that there is no <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula> on the right-hand side): <disp-formula id="da6"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A6)</label></disp-formula>The Hamiltonian can be taken again in analogy with the bosonic case <disp-formula id="da7"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>ω</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A7)</label></disp-formula>where the zero point constant now has (famously) the opposite sign.</p><p>A significant distinction between the fermionic and bosonic oscillators for our purposes is that for bosonic oscillators a scaling of the form <disp-formula id="da8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:math><label>(A8)</label></disp-formula>for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> preserves the commutation relations. Such a scaling is not possible in the fermionic case if one wants to preserve the anticommutation relations. This operational fact is at the basis of our observation that we could not construct a reference state that depended on some arbitrary scale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula> (like it was possible for bosons in <xref ref-type="bibr" rid="c5 c7">[5,7]</xref>) when dealing with fermions. It seems possible that this fact is of some deep significance, even outside the context of complexity, though we are not aware of a systematic exploration of it.</p></app><app id="app2"><label>APPENDIX B:</label><title>BOGOLIUBOV-VALATIN TRANSFORMATIONS FOR FERMIONS</title><p>Bogoliubov-Valatin (B-V) transformations<fn id="fn12"><label><sup>12</sup></label><p>We will only discuss the fermionic case here, an analogous discussion can be made for bosons as well, see <xref ref-type="bibr" rid="c17">[17]</xref>.</p></fn> preserve the anticommutation relations while diagonalizing the Hamiltonian. Consider the quadratic Hamiltonian for some <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="db1"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the annihilation and creation operators respectively and follow the anticommutation relations. To ensure that the Hamiltonian is Hermitian, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> must satisfy <disp-formula id="db2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B2)</label></disp-formula>Now, <xref ref-type="disp-formula" rid="db1">(B1)</xref> can be written as <disp-formula id="db3"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B3)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> are <disp-formula id="db4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(B4)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are column vectors of size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="db5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B5)</label></disp-formula>The matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula> has the form <disp-formula id="db6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B6)</label></disp-formula>Our goal is to diagonalize the Hamiltonian and identify the normal modes, while preserving the anticommutators. This is accomplished by the B-V transformations <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="db7"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(B7)</label></disp-formula>Here, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the column matrix of normal modes: <disp-formula id="db8"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>c</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B8)</label></disp-formula>with <disp-formula id="db9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="15ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B9)</label></disp-formula>To do the diagonalization, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> must satisfy <disp-formula id="db10"><mml:math display="block"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B10)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the diagonal matrix of normal mode frequencies. This is immediate from <disp-formula id="db11"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(B11)</label></disp-formula>A general linear transformation is of the form <disp-formula id="db12"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math><label>(B12)</label></disp-formula>which can be written in the matrix form <disp-formula id="db13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>b</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(B13)</label></disp-formula>This means that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> looks like <disp-formula id="db14"><mml:math display="block"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>B</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(B14)</label></disp-formula>Using the above explicit form of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, a direct calculation shows that the condition for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> to unitary is identical to the condition that the anticommutators are preserved under <xref ref-type="disp-formula" rid="db13">(B13)</xref>. It is useful when doing this calculation to remember manipulations like the following: for column vectors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, then <disp-formula id="db15"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B15)</label></disp-formula>and therefore, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Note that the transposition in this last equation is necessary because we want to interpret it as a column vector equation, as in the second definition in <xref ref-type="disp-formula" rid="db5">(B5)</xref>.</p><p>In conclusion, a B-V transformation for fermions is a unitary matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the form <xref ref-type="disp-formula" rid="db14">(B14)</xref>, qhich can diagonalize the Hamiltonian [as captured by <xref ref-type="disp-formula" rid="db10">(B10)</xref>]. The crucial point is that any unitary matrix that does the job of diagonalization does not qualify as a B-V matrix,<fn id="fn13"><label><sup>13</sup></label><p>Note that the Hamiltonian being Hermitian, it can always be diagonalized by a unitary.</p></fn> it has to be of the form <xref ref-type="disp-formula" rid="db14">(B14)</xref>.</p></app><app id="app3"><label>APPENDIX C:</label><title>BOGOLIUBOV-VALATIN VS DIRAC MODES</title><p>The spinor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> was Fourier transformed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III A</xref> as <disp-formula id="dc1"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(C1)</label></disp-formula>A more standard basis is to expand in the basis of Dirac modes, <disp-formula id="dc2"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(C2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the annihilation operators of the ground state and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the spinors satisfying the equation <disp-formula id="dc3"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:menclose notation="updiagonalstrike"><mml:mi>k</mml:mi></mml:menclose><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:menclose notation="updiagonalstrike"><mml:mi>k</mml:mi></mml:menclose><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math><label>(C3)</label></disp-formula>with the normalization <disp-formula id="dc4"><mml:math display="block"><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(C4)</label></disp-formula>These can be explicitly calculated to be <disp-formula id="dc5"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(C5)</label></disp-formula>Comparing <xref ref-type="disp-formula" rid="dc1">(C1)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="dc2">(C2)</xref> we get <disp-formula id="dc6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(C6)</label></disp-formula>from which <disp-formula id="dc7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="dc7a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dc7a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C7)</label></disp-formula>follows, with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> given in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III A</xref>. It is clear from this that the ground state obtained there via a Bogoliubov-Valatin transformation in the main body of the paper is just the usual ground state (as it should be).</p><p>We have phrased this discussion in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions, but an entirely similar discussion holds in higher dimensions as well. The only difference is that in higher dimensions (say <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) the Dirac <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> modes are not uniquely fixed (ie., the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula> come with an index as is familiar in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where the index has two values), and so there are some more arbitrary choices that need to be made in the choice of their specific form.</p></app><app id="app4"><label>APPENDIX D:</label><title>GEODESICS ON <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula></title><p>The metric we derived in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III C</xref> is the Fubini-Study metric on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>: <disp-formula id="dd1"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(D1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> is a complex variable, we can write <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, to bring the metric to a real form:<fn id="fn14"><label><sup>14</sup></label><p>Said another way, manifesting the complex structure of the metric is not necessary to answer metric questions.</p></fn> <disp-formula id="dd2"><mml:math display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(D2)</label></disp-formula>The geodesics on this metric satisfy the usual Euler-Lagrange equations <disp-formula id="dd3"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>γ</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(D3)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. For the straight line path given in <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.64">(3.64)</xref>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> takes the form <disp-formula id="dd4"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(D4)</label></disp-formula>So we get <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This can be immediately checked to satisfy the above geodesic equation.</p><p>Now for alternate path generated by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the form of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given in <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.58">(3.58)</xref>: <disp-formula id="dd5"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(D5)</label></disp-formula>This gives <disp-formula id="dd6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(D6)</label></disp-formula>Plugging this into the left-hand side of the geodesic equation above, we find that the equation is <italic>not</italic> satisfied.</p><p>We see that the straight line path generated by squeezing operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the geodesic of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> metric but the path taken by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is not.</p></app><app id="app5"><label>APPENDIX E:</label><title><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></title><p>In this Appendix, we consider the massive <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional fermions discussed in the main text and consider a natural, yet more general class of generators that can be used as the primitive gates. The squeezing operator we constructed in the main body of the paper is a specific linear combination of these generators and can be viewed as a restricted class of paths.</p><p>The basic observation is that the most general (quadratic) generators that we can construct at each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> from the creation and annihilation operators are built from <disp-formula id="de1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E1)</label></disp-formula>for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, 2, 3, 4. Using the antisymmetry property, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we can count that there are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>28</mml:mn></mml:math></inline-formula> total generators. This is a strong suggestion that the algebra of these generators forms an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra, which also has the same number of generators.</p><p>To explicitly see the algebra, all one has to do is define <disp-formula id="de2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E2)</label></disp-formula>and note that it follows from the anticommutation relations that the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:math></inline-formula>’s satisfy the Clifford algebra <disp-formula id="de3"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math><label>(E3)</label></disp-formula>for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are then as usual defined via <disp-formula id="de4"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(E4)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> runs from 1 to 8. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is an antisymmetric tensor, which again yields the 28 independent generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The fact that the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> defined from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> satisfy the Clifford algebra guarantees that the generators corresponding to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are proportional to the identity (when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, else they are zero) and therefore only contribute to a decoupled phase.</p><p>In analogy with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional case where we found an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra and an associated <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="double-struck">P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> geometry on which it naturally acts, this indicates that the natural geometry arising from the paths here is an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> where the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> acts linearly. It will be interesting to see whether the squeezing operator we have defined in the text leads to a geodesic or nongeodesic path when considered as a path in this geometry. Based on genericity alone, there is no reason why the squeezing operator path is geodesic, but it will be nice to (dis)prove this explicitly. The calculation will be the generalization of the one we did for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> case in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions, but unlike the three generators there, now we have 28 generators. So one has to either go for more brute force than we have been able to muster, or find an alternate clever way to do this, or a suitable combination of both.</p></app><app id="app6"><label>APPENDIX F:</label><title>Cutoff Dependence</title><p>Notice that in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV B</xref> the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dependent length of the cMERA-like path is shorter than that of the straight line path calculated in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>. This is a result of the fact that at finite cutoff, the target states do not match and therefore it is not meaningful to compare them, even though they do match at infinite cutoff.</p><p>Let us define a one parameter family of target states for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-dimensional Dirac theory, with a cutoff <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> such that the target state approaches the ground state of the field theory in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> limit: <disp-formula id="df1"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(F1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> the coefficient of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the exponent becomes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> thereby reproducing the ground state of the field theory.</p><p>We will use the same reference state as the one we used in the main body of the paper and calculate the length of the minimal path from this reference state to this new target state. To simplify the integrals we will do this in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> case. Again using the Fubini-Study metric and following the by now standard derivation, we get the straight line path to be the minimal path. The length of this minimal path is <disp-formula id="df2"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(F2)</label></disp-formula>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> <disp-formula id="df3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="df3a1">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="df3a1">=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(F3)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> is the complexity that we calculated in the text.</p><p>It is easy to see that this length can be bigger or even smaller (e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>) than the complexity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, depending on the value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>. What is happening here is that the cutoff dependence in the definition of the target state is making the comparison between path lengths at finite cutoff meaningless between states that are distinct at finite cutoff. This is what is manifest in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV B</xref>. There also the target states were different and so we do not expect the cMERA-like lengths to be directly comparable to the complexity at finite cut off. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV A</xref> it turned out that cMERA length was longer than the complexity and in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV B</xref> it is the opposite.</p><p>This is a demonstration of the fact that UV sensitive quantities are not stable under change of cutoff. It is interesting to ask what kind of information one can extract from a UV sensitive quantity like complexity: note that entanglement entropy is also typically UV divergent, but its subleading behavior is proportional to the area. So it will be interesting to understand what kind of UV-insensitive information one can extract from quantities like complexity.</p></app><app id="app7"><label>APPENDIX G:</label><title>COMPLEXITIES AND CIRCUIT LENGTHS: SELECTED SUMMARY</title><sec id="app7-s1"><label>1.</label><title>Dirac complexity in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>The following is a real quantity: <disp-formula id="dg1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="dg1a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dg1a1">-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mrow other="silent"><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dg1a1">-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dg1a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(G1)</label></disp-formula>which gives in the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> expansion <disp-formula id="dg2"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>8</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(G2)</label></disp-formula></p></sec><sec id="app7-s2"><label>2.</label><title>Circuit length with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> generator in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p><disp-formula id="dg3"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G3)</label></disp-formula>which gives in the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> expansion <disp-formula id="dg4"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(G4)</label></disp-formula></p></sec><sec id="app7-s3"><label>3.</label><title>Massive Dirac complexity in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>The following is again a real quantity: <disp-formula id="dg5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo id="dg5a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>π</mml:mi><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Li</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dg5a1">-</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>48</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>tan</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G5)</label></disp-formula>and it yields in the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> expansion <disp-formula id="dg6"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo id="dg6a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(G6)</label></disp-formula></p></sec><sec id="app7-s4"><label>4.</label><title>cMERA circuit length in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dimensions</title><p>For the massive case, the explicit expression for the cMERA circuit length is <disp-formula id="dg7"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="dg7a1">=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:msqrt><mml:msup><mml:mi>cot</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>tan</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G7)</label></disp-formula>and it has the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> form <disp-formula id="dg8"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>6</mml:mn></mml:mfrac><mml:mtext>Vol</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(G8)</label></disp-formula></p></sec></app></app-group><ref-list><ref id="c1"><label>[1]</label><mixed-citation id="c1a" publication-type="journal"><object-id>1a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. Stanford</string-name> and <string-name>L. Susskind</string-name></person-group>, <article-title>Complexity and shock wave geometries</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>90</volume>, <page-range>126007</page-range> (<year>2014</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.90.126007</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1b" publication-type="journal"><object-id>1b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. R. Brown</string-name>, <string-name>D. A. Roberts</string-name>, <string-name>L. Susskind</string-name>, <string-name>B. Swingle</string-name>, and <string-name>Y. Zhao</string-name></person-group>, <article-title>Holographic Complexity Equals Bulk Action?</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>116</volume>, <page-range>191301</page-range> (<year>2016</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.116.191301</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1c" publication-type="journal"><object-id>1c</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>Z. Fu</string-name>, <string-name>A. Maloney</string-name>, <string-name>D. Marolf</string-name>, <string-name>H. Maxfield</string-name>, and <string-name>Z. Wang</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity is nonlocal</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>072</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2018)072</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1d" publication-type="journal"><object-id>1d</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Moosa</string-name></person-group>, <article-title>Divergences in the rate of complexification</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>106016</page-range> (<year>2018</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.106016</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1e" publication-type="journal"><object-id>1e</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>Y. Zhao</string-name></person-group>, <article-title>Uncomplexity and black hole geometry</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>126007</page-range> (<year>2018</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.126007</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1f" publication-type="journal"><object-id>1f</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. Cottrell</string-name> and <string-name>M. Montero</string-name></person-group>, <article-title>Complexity is simple</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>039</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2018)039</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1g" publication-type="journal"><object-id>1g</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. Carmi</string-name>, <string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, and <string-name>S. Sugishita</string-name></person-group>, <article-title>On the time dependence of holographic complexity</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>188</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP11(2017)188</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1h" publication-type="journal"><object-id>1h</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. Q. Yang</string-name></person-group>, <article-title>A complexity for quantum field theory states and application in thermofield double states</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>066004</page-range> (<year>2018</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.066004</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1i" publication-type="journal"><object-id>1i</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Roy</string-name> and <string-name>T. Sarkar</string-name></person-group>, <article-title>On subregion holographic complexity and renormalization group flows</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>086018</page-range> (<year>2018</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.086018</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1j" publication-type="journal"><object-id>1j</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. Jubb</string-name>, <string-name>J. Samuel</string-name>, <string-name>R. Sorkin</string-name>, and <string-name>S. Surya</string-name></person-group>, <article-title>Boundary and corner terms in the action for general relativity</article-title>, <source>Classical Quantum Gravity</source> <volume>34</volume>, <page-range>065006</page-range> (<year>2017</year>); <pub-id pub-id-type="coden">CQGRDG</pub-id><issn>0264-9381</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1361-6382/aa6014</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1k" publication-type="journal"><object-id>1k</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Reynolds</string-name> and <string-name>S. F. Ross</string-name></person-group>, <article-title>Complexity in de Sitter space</article-title>, <source>Classical Quantum Gravity</source> <volume>34</volume>, <page-range>175013</page-range> (<year>2017</year>); <pub-id pub-id-type="coden">CQGRDG</pub-id><issn>0264-9381</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1361-6382/aa8122</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1l" publication-type="journal"><object-id>1l</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. Q. Yang</string-name> and <string-name>S. M. Ruan</string-name></person-group>, <article-title>Comments on joint terms in gravitational action</article-title>, <source>Classical Quantum Gravity</source> <volume>34</volume>, <page-range>175017</page-range> (<year>2017</year>); <pub-id pub-id-type="coden">CQGRDG</pub-id><issn>0264-9381</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1361-6382/aa8053</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1m" publication-type="journal"><object-id>1m</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. G. Cai</string-name>, <string-name>M. Sasaki</string-name>, and <string-name>S. J. Wang</string-name></person-group>, <article-title>Action growth of charged black holes with a single horizon</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>95</volume>, <page-range>124002</page-range> (<year>2017</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.95.124002</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1n" publication-type="journal"><object-id>1n</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. R. Brown</string-name> and <string-name>L. Susskind</string-name></person-group>, <article-title>The second law of quantum complexity</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>086015</page-range> (<year>2018</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.086015</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1o" publication-type="journal"><object-id>1o</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Reynolds</string-name> and <string-name>S. F. Ross</string-name></person-group>, <article-title>Divergences in holographic complexity</article-title>, <source>Classical Quantum Gravity</source> <volume>34</volume>, <page-range>105004</page-range> (<year>2017</year>); <pub-id pub-id-type="coden">CQGRDG</pub-id><issn>0264-9381</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1361-6382/aa6925</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1p" publication-type="journal"><object-id>1p</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. Carmi</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, and <string-name>P. Rath</string-name></person-group>, <article-title>Comments on holographic complexity</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>118</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2017)118</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1q" publication-type="journal"><object-id>1q</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. A. Roberts</string-name> and <string-name>B. Yoshida</string-name></person-group>, <article-title>Chaos and complexity by design</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>04</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>121</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP04(2017)121</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1r" publication-type="journal"><object-id>1r</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Couch</string-name>, <string-name>W. Fischler</string-name>, and <string-name>P. H. Nguyen</string-name></person-group>, <article-title>Noether charge, black hole volume, and complexity</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>119</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2017)119</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1s" publication-type="journal"><object-id>1s</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Lehner</string-name>, <string-name>R. C. Myers</string-name>, <string-name>E. Poisson</string-name>, and <string-name>R. D. Sorkin</string-name></person-group>, <article-title>Gravitational action with null boundaries</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>94</volume>, <page-range>084046</page-range> (<year>2016</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.94.084046</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1t" publication-type="journal"><object-id>1t</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. R. Brown</string-name>, <string-name>D. A. Roberts</string-name>, <string-name>L. Susskind</string-name>, <string-name>B. Swingle</string-name>, and <string-name>Y. Zhao</string-name></person-group>, <article-title>Complexity, action, and black holes</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>93</volume>, <page-range>086006</page-range> (<year>2016</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.93.086006</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1u" publication-type="journal"><object-id>1u</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Alishahiha</string-name></person-group>, <article-title>Holographic complexity</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>92</volume>, <page-range>126009</page-range> (<year>2015</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.92.126009</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1v" publication-type="journal"><object-id>1v</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Moosa</string-name></person-group>, <article-title>Evolution of complexity following a global quench</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>031</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2018)031</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c1w" publication-type="journal"><object-id>1w</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Banerjee</string-name>, <string-name>J. Erdmenger</string-name>, and <string-name>D. Sarkar</string-name></person-group>, <article-title>Connecting Fisher information to bulk entanglement in holography</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>08</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>001</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP08(2018)001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>2</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. R. Brown</string-name>, <string-name>L. Susskind</string-name>, and <string-name>Y. Zhao</string-name></person-group>, <article-title>Quantum complexity and negative curvature</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>95</volume>, <page-range>045010</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.95.045010</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c3"><label>[3]</label><mixed-citation id="c3a" publication-type="eprint"><object-id>3a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. Nielsen</string-name></person-group>, <article-title>A geometric approach to quantum circuit lower bounds</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:quant-ph/0502070</pub-id>; </mixed-citation><mixed-citation id="c3b" publication-type="journal"><object-id>3b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. Nielsen</string-name>, <string-name>M. R. Dowling</string-name>, <string-name>M. Gu</string-name>, and <string-name>A. M. Doherty</string-name></person-group>, <article-title>Quantum computation as geometry</article-title>, <source>Science</source> <volume>311</volume>, <page-range>1133</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">SCIEAS</pub-id><issn>0036-8075</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1126/science.1121541</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c3c" publication-type="eprint"><object-id>3c</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. A. Nielsen</string-name> and <string-name>M. R. Dowling</string-name></person-group>, <article-title>The geometry of quantum computation</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:quant-ph/0701004</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>4</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. A. Jefferson</string-name> and <string-name>R. C. Myers</string-name></person-group>, <article-title>Circuit complexity in quantum field theory</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>107</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2017)107</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>5</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Chapman</string-name>, <string-name>M. P. Heller</string-name>, <string-name>H. Marrochio</string-name>, and <string-name>F. Pastawski</string-name></person-group>, <article-title>Towards Complexity for Quantum Field Theory States</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>120</volume>, <page-range>121602</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.120.121602</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>6</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Haegeman</string-name>, <string-name>T. J. Osborne</string-name>, <string-name>H. Verschelde</string-name>, and <string-name>F. Verstraete</string-name></person-group>, <article-title>Entanglement Renormalization for Quantum Fields in Real Space</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>110</volume>, <page-range>100402</page-range> (<year>2013</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.110.100402</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>7</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Nozaki</string-name>, <string-name>S. Ryu</string-name>, and <string-name>T. Takayanagi</string-name></person-group>, <article-title>Holographic geometry of entanglement renormalization in quantum field theories</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2012</volume>) <page-range>193</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2012)193</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>8</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. B. Klimov</string-name> and <string-name>S. M. Chumakov</string-name></person-group>, <source>A Group Theoretical Approach to Quantum Optics: Models of Atom-Field Interactions</source> (<publisher-name>Wiley</publisher-name>, <year>2009</year>), DOI: <pub-id pub-id-type="doi" specific-use="display">10.1002/9783527624003</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>9</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. Nishioka</string-name>, <string-name>S. Ryu</string-name>, and <string-name>T. Takayanagi</string-name></person-group>, <article-title>Holographic entanglement entropy: An overview</article-title>, <source>J. Phys. A</source> <volume>42</volume>, <page-range>504008</page-range> (<year>2009</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JPAMB5</pub-id><issn>1751-8113</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1751-8113/42/50/504008</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c10"><label>[10]</label><mixed-citation id="c10a" publication-type="journal"><object-id>10a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Ghosh</string-name>, <string-name>R. M. Soni</string-name>, and <string-name>S. P. Trivedi</string-name></person-group>, <article-title>On the entanglement entropy for gauge theories</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>09</issue> (<volume>2015</volume>) <page-range>069</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP09(2015)069</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c10b" publication-type="journal"><object-id>10b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. M. Soni</string-name> and <string-name>S. P. Trivedi</string-name></person-group>, <article-title>Aspects of entanglement entropy for gauge theories</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>01</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>136</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP01(2016)136</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>11</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Hashimoto</string-name>, <string-name>N. Iizuka</string-name>, and <string-name>S. Sugishita</string-name></person-group>, <article-title>Time evolution of complexity in Abelian gauge theories</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>126001</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.126001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>12</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>V. Balasubramanian</string-name> and <string-name>O. Parrikar</string-name></person-group>, <article-title>Comments on entanglement entropy in string theory</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>066025</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.066025</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c13"><label>[13]</label><mixed-citation id="c13a" publication-type="eprint"><object-id>13a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Witten</string-name></person-group>, <article-title>An SYK-like model without disorder</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1610.09758</pub-id>; </mixed-citation><mixed-citation id="c13b" publication-type="journal"><object-id>13b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. R. Klebanov</string-name> and <string-name>G. Tarnopolsky</string-name></person-group>, <article-title>Uncolored random tensors, melon diagrams, and the Sachdev-Ye-Kitaev models</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>95</volume>, <page-range>046004</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.95.046004</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c14"><label>[14]</label><mixed-citation id="c14a" publication-type="journal"><object-id>14a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Krishnan</string-name>, <string-name>S. Sanyal</string-name>, and <string-name>P. N. Bala Subramanian</string-name></person-group>, <article-title>Quantum chaos and holographic tensor models</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>056</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2017)056</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c14b" publication-type="journal"><object-id>14b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Krishnan</string-name>, <string-name>K. V. P. Kumar</string-name>, and <string-name>S. Sanyal</string-name></person-group>, <article-title>Random matrices and holographic tensor models</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>036</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP06(2017)036</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c14c" publication-type="journal"><object-id>14c</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Krishnan</string-name> and <string-name>K. V. P. Kumar</string-name></person-group>, <article-title>Towards a finite-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> hologram</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>099</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP10(2017)099</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c14d" publication-type="journal"><object-id>14d</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Krishnan</string-name>, <string-name>K. V. Pavan Kumar</string-name>, and <string-name>D. Rosa</string-name></person-group>, <article-title>Contrasting SYK-like models</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>01</issue> (<volume>2018</volume>) <page-range>064</page-range>; <pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP01(2018)064</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c14e" publication-type="eprint"><object-id>14e</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Krishnan</string-name>, <string-name>K. V. P. Kumar</string-name>, and <string-name>P. N. Bala Subramanian</string-name></person-group>, <article-title>(Anti-)symmetrizing wave functions</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1711.09811</pub-id>; </mixed-citation><mixed-citation id="c14f" publication-type="misc"><object-id>14f</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Krishnan</string-name> and <string-name>K. V. Pavan Kumar</string-name></person-group>, Exact solution of a gauged tensor model (to be published).</mixed-citation></ref><ref id="c15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>15</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. P. Reynolds</string-name> and <string-name>S. F. Ross</string-name></person-group>, <article-title>Complexity of the AdS soliton</article-title>, <source>Classical Quantum Gravity</source> <volume>35</volume>, <page-range>095006</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">CQGRDG</pub-id><issn>0264-9381</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1361-6382/aab32d</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>16</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. P. Jordan</string-name>, <string-name>K. S. M. Lee</string-name>, and <string-name>J. Preskill</string-name></person-group>, <article-title>Quantum algorithms for fermionic quantum field theories</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1404.7115</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>17</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M.-w. Xiao</string-name></person-group>, <article-title>Theory of transformation for the diagonalization of quadratic Hamiltonians</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:0908.0787</pub-id>.</mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
