Disordered quantum many-body systems exhibiting the many-body localization (MBL) phenomenon evade the fate of thermalization due to the existence of an extensively large set of quasi-local integrals of motion (l-bits). Due to the size of the Hilbert space of many-body systems, it is hard to compute the time evolution of many-body systems generally, which hinders our understanding of the MBL phenomenon. Recently it has been proposed in Ref. [1] to time evolve local density matrices of lattice system with short-range interactions using the Petz recovery map. By time evolving local density matrices, information encoded in long-range entanglement that is irrelevant to the time-evolution of local observables is discarded. This method is promising for MBL-systems, primarily because it can be implemented to conserve local constants of the motion. For the case of a MBL system, this means that the l-bits can be (approximately) conserved. This thesis employs the Petz recovery map to time evolve local density matrices of localized 1D lattice systems, modeled by the Aubry-André Hamiltonian. The accuracy of the method is evaluated and the results are used to study the flow of information between subsystems. It is found that the method can accurately time evolve localized density matrices for an Anderson localized system to arbitrary times. For interacting systems, it is shown that the method is accurate for long time if the system is sufficiently localized. Furthermore, the solutions for the local density matrices exhibit the information spread behavior that is predicted by the l-bit theory of the many-body localized phase: both the logarithmic ”light” cone of entanglement and the dephasing dynamics are observed. This work shows that time evolution of local density matrices is a promising method in the pursuit of a better understanding of the nature of localized systems. / I oordnade kvantmekansika mångpartikelsystem förekommer en lokaliserad fas (MBL). System i denna fas undkommer termalisering då det existerar ett extensivt antal kvasi-lokala rörelsekonstanter (l-bitar). Som en följd av Hilbert-rummets storlek för mångpartikelsystem är det svårt att tidsutveckla mångpartikeltillstånd i allmänhet, vilket gör det svårt att undersöka MBL-fenomenet. Det har nyligen föreslagits i Ref. [1] att tidsutveckla lokala täthetsmatriser för växelverkande endimensionella gittersystem med hjälp av Petzs återställningsfunktion. Genom att tidsutveckla lokala täthetsmatriser förkastas information som inte är relevant för lokala observabler. Metoden är lovande för MBL-system då den kan implementeras så att lokala rörelsekonstanter konserveras. Detta innebär för MBL-system att l-bitarna kan konserveras approximativt. I detta arbete används Petzs återställningsfunktion för att tidsutveckla lokala täthetsmatriser i lokaliserade endimensionella gittersystem. Metodens nogrannhet utvärderas och de resulterande tidsserierna används för att studera informationsspridning mellan delsystem. Arbetet visar att Andersonlokaliserade system kan tidsutvecklas med god nogrannhet till godtyckligt långa tider. Vidare visas att metoden nogrannt kan tidsutveckla MBL-system till långa tider, givet att lokaliseringslängden är kort nog. Slutligen används metoden för att studera informationsflödet mellan delsystem, och resultaten återskapar det beteende som väntas från den fenomenologiska l-bitteorin: informationen sprids logaritmiskt över tid och avfasningsdynamik observeras. Arbetet visar att den föreslagna metoden är lovande i jakten på en utökad förståelse av MBL-system.

This report discusses higher differential forms with applications in the study of topological phenomena. The integer quantum Hall effect is first discussed, demonstrating a connection between models on a lattice and quantum field theories bridged by a topological invariant, namely the Chern number. Next, for parametrized models on a lattice, the higher Berry curvature is described. This is a rank-(d + 2) differential form on a (d + 2)-dimensional parameter manifold which provides a relation between models in a bulk and on a lower-dimensional interface. Finally, a family of quantum field theories connected to a (d + 1)-dimensional manifold, termed a target space, is constructed. This connection is realized through the incorporation of a set of classical fields, and the effective action of the full field theories all contain a Wess-Zumino-Witten term given by the pullback of a rank-(d + 1) differential form from the target space to spacetime. By performing an extension of spacetime, a (d + 2)-form on a (d + 2)-dimensional target space is constructed in a similar way. Extending a theory in d dimensions thus yields a form on a target space of the same dimension as that of a (d + 1)-dimensional theory without extension, defining a dimensional hierarchy. The dimensional relations inherent in the two higher forms studied indicate the possibility of a relation between them. / Denna rapport beskriver högre ordningens differentialformer med tillämpningar inom topologiska fenomen. Den heltaliga kvantmekaniska Halleffekten beskrivs först, som ett exempel på ett samband mellan modeller på ett gitter och kvantfältteorier som förbindas av topologiska invarianter, specifikt Chern-talet. För parametriserade modeller på ett gitter beskrivs därefter den högre Berrykrökningen. Detta är en differentialform av ordning (d + 2) definierad på en (d + 2)-dimensionell parametermångfald som ger en koppling mellan modeller i en kropps inre och på dens gränsskikt, som är i en lägre dimension. Slutligen konstrueras en familj av kvantfältteorier som är kopplade till en (d + 1)-dimensionell mångfald kallad modellens målrum. Denna koppling realiseras genom introduktionen av ett antal klassiska fält, och den effektiva verkan för den fullständiga teorin innehåller en Wess-Zumino-Witten-term som ges av en tillbakadragen (d + 1)-form från målrummet till rumtiden. Genom att utvidga rumtiden kan även en (d + 2)-form på en (d + 2)-dimensionellt målrum konstrueras på ett motsvarande sätt. Utvidgningen av en teori i d dimensioner ger därmed en differentialform på ett målrum med samma dimension som målrummet för en (d + 1)-dimensionell teori utan utvidning, vilket definierar en dimensionell hierarki. Dimensionsrelationerna inbyggda i dessa två differentialformer indikerar den möjliga existensen av en relation mellan dem.