Descending into the Modular Bootstrap

arXiv cs.LG / 4/3/2026

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Key Points

  • 2次元CFTのモジュラー・ブートストラップ方程式を、スペクトルとVirasoro代数(c>1)の条件から数値最適化として解く枠組みを提示する研究である。
  • モジュラー不変性を損失関数に変換し、主スペクトル候補を探索することで、機械学習風の最適化アプローチで数値解を効率的に探すことを狙っている。
  • 誤差評価のためにスペクトル打ち切り(低次元演算子のみを考える)に伴う不確実性を見積もる手法を導入し、さらに勾配降下より有効な特異値ベースの新オプティマイザSvenを用いる。
  • 既知例のない中心電荷範囲(1〜8/7)で、打ち切り済みCFTの候補トーラス分配関数を数値的に構成し、それらが連続的な解空間に由来する可能性を議論している。
  • c=1近傍でのスペクトル・ギャップに対し、従来の境界(Δ_gap ≤ c/6 + 1/3)よりも厳しい制約を示す証拠も併せて提示している。

Abstract

In this paper, we attempt to explore the landscape of two-dimensional conformal field theories (2d CFTs) by efficiently searching for numerical solutions to the modular bootstrap equation using machine-learning-style optimization. The torus partition function of a 2d CFT is fixed by the spectrum of its primary operators and its chiral algebra, which we take to be the Virasoro algebra with c>1. We translate the requirement that this partition function is modular invariant into a loss function, which we then minimize to identify possible primary spectra. Our approach involves two technical innovations that facilitate finding reliable candidate CFTs. The first is a strategy to estimate the uncertainty associated with truncating the spectrum to the lowest dimension operators. The second is the use of a new singular-value-based optimizer (Sven) that is more effective than gradient descent at navigating the hierarchical structure of the loss landscape. We numerically construct candidate truncated CFT partition functions with central charges between 1 and \frac{8}{7}, a range devoid of known examples, and argue that these candidates likely come from a continuous space of modular bootstrap solutions. We also provide evidence for a more stringent constraint on the spectral gap near c = 1 than the existing bound of \Delta_{\rm gap} \le \frac{c}{6} + \frac{1}{3}.