Afslapning af multitidsstatistikker i kvantesystemer

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Neil Dowling¹, Pedro Figueroa-Romero², Felix A. Pollock¹, Philipp Strasberg³, og Kavan Modi¹

¹School of Physics & Astronomy, Monash University, Victoria 3800, Australien
²Hon Hai Quantum Computing Research Center, Taipei, Taiwan
³Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra (Barcelona), Spanien

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Equilibrium statistisk mekanik giver kraftfulde værktøjer til at forstå fysik på makroskala. Alligevel er spørgsmålet stadig, hvordan dette kan retfærdiggøres ud fra en mikroskopisk kvantebeskrivelse. Her udvider vi ideerne om ren statistisk kvantestatistisk mekanik, som fokuserer på enkelttidsstatistik, til at vise ligevægten af isolerede kvanteprocesser. Vi viser nemlig, at de fleste multitime observerbare i tilstrækkeligt lange tider ikke kan skelne en ikke-ligevægtsproces fra en ligevægtsproces, medmindre systemet er sonderet et ekstremt stort antal gange, eller det observerbare er særligt finkornet. En konsekvens af vores resultater er, at størrelsen af ikke-Markovianitet og andre multitidskarakteristika ved en ikke-ligevægtsproces også er i ligevægt.

Udvalgt billede: Der vises en vilkårlig, tidsafhængig flertidsforventningsværdi $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, prikker,Delta t_k ) $, som kan beregnes ud fra en kvanteproces tensor $Upsilon$, sammensat af enhedsudviklingssuperoperatorer $mathcal{U}_i$ og en eller anden starttilstand $rho$. For et system, hvor starttilstanden overlapper signifikant med mange energiegentilstande, hvis systemet ikke sonderes for mange gange $k$, viser vi, at denne flertidskorrelationsfunktion i gennemsnit ikke kan skelnes fra en tidsuafhængig ligevægtsstørrelse (nederst), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Populært resumé

Hvorfor er makroskopiske egenskaber ved et system med mange kroppe normalt tilnærmelsesvis stationære på trods af, at den nøjagtige miskrostat konstant udvikler sig? Det er en udbredt opfattelse, at kvantemekanik alene burde være nok til at udlede statistisk mekanik uden yderligere antagelser. En nøglebrik i dette puslespil er at bestemme, hvordan man kan observere stationære mængder i et isoleret kvantesystem. I dette arbejde viser vi, at flertidsforventningsværdier ser stationære ud i gennemsnit i store systemer, når starttilstanden ikke er meget finjusteret, og når det observerbare er groft i både rum og tid. Dette betyder, at relevante multitidsfunktioner, såsom mængden af hukommelse i kvantesystemet, er generisk uafhængige af de nøjagtige tider, der er undersøgt.

► BibTeX-data

@article{Dowling2023relaxationof, doi = {10.22331/q-2023-06-01-1027}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-06-01-1027}, title = {Relaxation} {M}ultitime {S}statistik i {Q}uantum {S}systemer}, forfatter = {Dowling, Neil og Figueroa-Romero, Pedro og Pollock, Felix A. og Strasberg, Philipp og Modi, Kavan}, tidsskrift = { {Quantum}}, issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, bind = {7}, sider = {1027}, måned = jun, år = {2023} }

► Referencer

[1] A. Rivas og SF van Huelga, Open Quantum Systems (Springer-Verlag, 2012).
https://doi.org/10.1007/978-3-642-23354-8

[2] I. Rotter og JP Bird, Rep. Prog. Phys. 78, 114001 (2015).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/78/11/114001

[3] N. Pottier, Nonequilibrium Statistical Physics: Linear Irreversible Processes, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2010).

[4] R. Kubo, Rep. Prog. Phys. 29, 255 (1966).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/29/1/306

[5] U. Weiss, Quantum Dissipative Systems, 4. udg. (World Scientific, 2012).
https:///doi.org/10.1142/8334

[6] G. Stefanucci og R. van Leeuwen, Nonequilibrium Many-Body Theory of Quantum Systems: A Modern Introduction (Cambridge University Press, 2013).
https:///doi.org/10.1017/CBO9781139023979

[7] M. Lax, Phys. Rev. 157, 213 (1967).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.157.213

[8] FA Pollock, C. Rodríguez-Rosario, T. Frauenheim, M. Paternostro og K. Modi, Phys. Rev. A 97, 012127 (2018a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.012127

[9] FA Pollock, C. Rodríguez-Rosario, T. Frauenheim, M. Paternostro og K. Modi, Phys. Rev. Lett. 120, 040405 (2018b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.040405

[10] L. Li, MJ Hall og HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), begreber om kvante-ikke-markovianitet: Et hierarki.
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2018.07.001

[11] S. Milz, F. Sakuldee, FA Pollock og K. Modi, Quantum 4, 255 (2020a).
https://doi.org/10.22331/q-2020-04-20-255

[12] S. Milz og K. Modi, PRX Quantum 2, 030201 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030201

[13] N. Dowling, P. Figueroa-Romero, F. Pollock, P. Strasberg og K. Modi, "Equilibration of non-markovian quantum processes in finite time intervals," (2021), arXiv:2112.01099 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

[14] N. Linden, S. Popescu, AJ Short og A. Winter, Phys. Rev. E 79, 061103 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.79.061103

[15] C. Neuenhahn og F. Marquardt, Phys. Rev. E 85, 060101(R) (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.85.060101

[16] L. Campos Venuti og P. Zanardi, Phys. Rev. A 81, 022113 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.81.022113

[17] P. Bocchieri og A. Loinger, Phys. Rev. 107, 337 (1957).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.107.337

[18] C. Gogolin og J. Eisert, Rep. Prog. Phys. 79, 056001 (2016).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/5/056001

[19] LC Venuti, "Gentagelsestiden i kvantemekanik," (2015), arXiv:1509.04352 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1509.04352
arXiv: 1509.04352

[20] P. Reimann, Phys. Rev. Lett. 101, 190403 (2008).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.190403

[21] EN. M. Alhambra, J. Riddell og LP García-Pintos, Phys. Rev. Lett. 124, 110605 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.110605

[22] P. Figueroa-Romero, FA Pollock og K. Modi, Commun. Phys. 4, 127 (2021).
https:///doi.org/10.1038/s42005-021-00629-w

[23] J. Gemmer, M. Michel og G. Mahler, Kvantetermodynamik: Fremkomst af termodynamisk adfærd inden for sammensatte kvantesystemer, Forelæsningsnotater i fysik (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https://doi.org/10.1007/b98082

[24] L. D'Alessio, Y. Kafri, A. Polkovnikov og M. Rigol, Adv. Phys. 65, 239 (2016).
https:///doi.org/10.1080/00018732.2016.1198134

[25] T. Mori, TN Ikeda, E. Kaminishi og M. Ueda, J. Phys. B: Kl. Mol. Opt. 51, 112001 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1361-6455/aabcdf

[26] F. Costa og S. Shrapnel, New J. Phys. 18, 063032 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/6/063032

[27] G. Chiribella, GM D'Ariano og P. Perinotti, Phys. Rev. A 80, 022339 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.80.022339

[28] H. Tasaki, Phys. Rev. Lett. 80, 1373 (1998).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.80.1373

[29] AJ Short, New J. Phys. 13, 053009 (2011).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/5/053009

[30] M. Ueda, Nat. Rev. Phys. 2, 669 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s42254-020-0237-x

[31] EB Davies og JT Lewis, Commun. Matematik. Phys. 17, 239 (1970).
https:///doi.org/10.1007/BF01647093

[32] G. Chiribella, GM D'Ariano og P. Perinotti, EPL (Europhysics Letters) 83, 30004 (2008).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/83/30004

[33] L. Hardy, J. Phys. A-Matematik. Theor. 40, 3081 (2007).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/40/12/s12

[34] L. Hardy, Philos. TR Soc. A 370, 3385 (2012).
https:///doi.org/10.1098/rsta.2011.0326

[35] L. Hardy, "Operationel generel relativitet: Possibilistisk, probabilistisk og kvante," (2016), arXiv:1608.06940 [gr-qc].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1608.06940
arXiv: 1608.06940

[36] J. Cotler, C.-M. Jian, X.-L. Qi og F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https://doi.org/10.1007/JHEP09(2018)093

[37] D. Kretschmann og RF Werner, Phys. Rev. A 72, 062323 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.72.062323

[38] F. Caruso, V. Giovannetti, C. Lupo og S. Mancini, Rev. Mod. Phys. 86, 1203 (2014).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.86.1203

[39] C. Portmann, C. Matt, U. Maurer, R. Renner og B. Tackmann, IEEE Transactions on Information Theory 63, 3277 (2017).
https:///doi.org/10.1109/TIT.2017.2676805

[40] S. Shrapnel, F. Costa og G. Milburn, New J. Phys. 20, 053010 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aabe12

[41] O. Oreshkov, F. Costa og Č. Brukner, Nat. Commun. 3, 1092 (2012).
https:///doi.org/10.1038/ncomms2076

[42] P. Strasberg, Phys. Rev. E 100, 022127 (2019a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.100.022127

[43] C. Giarmatzi og F. Costa, Quantum 5, 440 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-26-440

[44] P. Strasberg og A. Winter, Phys. Rev. E 100, 022135 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.100.022135

[45] P. Strasberg, Phys. Rev. Lett. 123, 180604 (2019b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.180604

[46] P. Strasberg og MG Díaz, Phys. Rev. A 100, 022120 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.022120

[47] S. Milz, D. Egloff, P. Taranto, T. Theurer, MB Plenio, A. Smirne og SF Huelga, Phys. Rev. X 10, 041049 (2020b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.10.041049

[48] V. Chernyak, F. cv Šanda og S. Mukamel, Phys. Rev. E 73, 036119 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.73.036119

[49] GS Engel, TR Calhoun, EL Read, T.-K. Ahn, T. Mančal, Y.-C. Cheng, RE Blankenship og GR Fleming, Nature 446, 782 (2007).
https:///doi.org/10.1038/nature05678

[50] F. Krumm, J. Sperling og W. Vogel, Phys. Rev. A 93, 063843 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.93.063843

[51] E. Moreva, M. Gramegna, G. Brida, L. Maccone og M. Genovese, Phys. Rev. D 96, 102005 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.96.102005

[52] HG Duan, VI Prokhorenko, RJ Cogdell, K. Ashraf, AL Stevens, M. Thorwart og RJD Miller, Proc Natl Acad Sci USA 114, 8493 (2017).
https:///doi.org/10.1073/pnas.1702261114

[53] M. Ringbauer, F. Costa, ME Goggin, AG White og A. Fedrizzi, npj Quantum Information 4, 37 (2018).
https:///doi.org/10.1038/s41534-018-0086-y

[54] GAL White, CD Hill, FA Pollock, LCL Hollenberg og K. Modi, Nature Communications 11, 6301 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-20113-3

[55] GAL White, FA Pollock, LCL Hollenberg, CD Hill og K. Modi, "Fra mange-kroppe til mange gange fysik," (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

[56] L. Knipschild og J. Gemmer, Phys. Rev. E 101, 062205 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.101.062205

[57] P. Taranto, FA Pollock og K. Modi, npj Quantum Information 7, 149 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41534-021-00481-4

[58] S. Milz, MS Kim, FA Pollock og K. Modi, Phys. Rev. Lett. 123, 040401 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.040401

[59] D. Burgarth, P. Facchi, M. Ligabò og D. Lonigro, Phys. Rev. A 103, 012203 (2021a).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.012203

[60] D. Burgarth, P. Facchi, D. Lonigro og K. Modi, Phys. Rev. A 104, L050404 (2021b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.104.L050404

[61] FGSL Brandão, E. Crosson, MB Şahinoğlu og J. Bowen, Phys. Rev. Lett. 123, 110502 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.110502

[62] JM Deutsch, Phys. Rev. A 43, 2046 (1991).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.43.2046

[63] M. Srednicki, Phys. Rev. E 50, 888 (1994).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.50.888

[64] M. Srednicki, J. Phys. A-Matematik. Gen. 32, 1163 (1999).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/32/7/007

[65] M. Rigol, V. Dunjko, V. Yurovsky og M. Olshanii, Phys. Rev. Lett. 98, 050405 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.050405

[66] M. Rigol, V. Dunjko og M. Olshanii, Nature 452, 854 EP (2008).
https:///doi.org/10.1038/nature06838

[67] CJ Turner, AA Michailidis, DA Abanin, M. Serbyn og Z. Papić, Nat. Phys. 14, 745 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0137-5

[68] JM Deutsch, Rep. Prog. Phys. 81, 082001 (2018).
https://doi.org/10.1088/1361-6633/aac9f1

[69] J. Richter, J. Gemmer og R. Steinigeweg, Phys. Rev. E 99, 050104(R) (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.99.050104

[70] S. Milz, C. Spee, Z.-P. Xu, FA Pollock, K. Modi og O. Gühne, SciPost Phys. 10, 141 (2021).
https:///doi.org/10.21468/SciPostPhys.10.6.141

[71] R. Dümcke, J. Math. Phys. 24, 311 (1983).
https:///doi.org/10.1063/1.525681

[72] P. Figueroa-Romero, K. Modi og FA Pollock, Quantum 3, 136 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-04-30-136

[73] Alexei Kitaev, "2015 breakthrough prize fundamental physics symposium," url: https:///breakthroughprize.org/Laureates/1/L3 (2014).
https://breakthroughprize.org/Laureates/1/L3

[74] M. Zonnios, J. Levinsen, MM Sogn, FA Pollock og K. Modi, Phys. Rev. Lett. 128, 150601 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.150601

[75] N. Dowling og K. Modi, "Quantum chaos = volume-law spatiotemporal entanglement," (2022), arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

[76] G. Styliaris, N. Anand og P. Zanardi, Phys. Rev. Lett. 126, 030601 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.030601

[77] AJ Short og TC Farrelly, New J. Phys. 14, 013063 (2012).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/1/013063

[78] A. Riera, C. Gogolin og J. Eisert, Phys. Rev. Lett. 108, 080402 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.080402

[79] ASL Malabarba, LP García-Pintos, N. Linden, TC Farrelly og AJ Short, Phys. Rev. E 90, 012121 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.90.012121

[80] H. Wilming, TR de Oliveira, AJ Short og J. Eisert, "Equilibration times in closed quantum many-body systems," i Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions, redigeret af F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders og G. Adesso (Springer International Publishing, Cham, 2018) s. 435-455.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-99046-0_18

[81] S. Milz, FA Pollock og K. Modi, Open Syst. Inf. Dyn. 24, 1740016 (2017).
https:///doi.org/10.1142/S1230161217400169

[82] J. Watrous, The Theory of Quantum Information (Cambridge University Press, 2018).
https:///doi.org/10.1017/9781316848142

[83] MM Wilde, "From Classical to Quantum Shannon Theory," (2011), arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https:///doi.org/10.1017/9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

[84] J. Watrous, Quantum Inf. Comput. 5 (2004), 10.26421/QIC5.1-6.
https:///doi.org/10.26421/QIC5.1-6

[85] P. Taranto, S. Milz, FA Pollock og K. Modi, Phys. Rev. A 99, 042108 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042108

[86] WR Inc., "Mathematica, Version 12.3.1," Champaign, IL, 2021.

[87] J. Miszczak, Z. Puchała og P. Gawron, "Qi-pakke til analyse af kvantesystemer," (2011-).
https:///github.com/iitis/qi

Citeret af

[1] Philipp Strasberg, "Klassicitet uden (uden) dekohærens: Begreber, relation til markovianitet og en tilfældig matrixteori-tilgang", arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard og Joseph Schindler, "Everything Everywhere All At Once: A First Principles Numerical Demonstration of Emergent Decoherent Histories", arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] Philipp Strasberg, Andreas Winter, Jochen Gemmer og Jiaozi Wang, "Klassicitet, Markovianitet og lokal detaljeret balance fra ren tilstandsdynamik", arXiv: 2209.07977, (2022).

[4] Neil Dowling og Kavan Modi, "Quantum Chaos = Volume-Law Spatiotemporal Entanglement", arXiv: 2210.14926, (2022).

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill og K. Modi, "Sampling Complexity of Open Quantum Systems", PRX Quantum 4 2, 020310 (2023).

[6] Neil Dowling, Pedro Figueroa-Romero, Felix A. Pollock, Philipp Strasberg og Kavan Modi, "Equilibration of Multitime Quantum Processes in Finite Time Intervals", arXiv: 2112.01099, (2021).

[7] Pengfei Wang, Hyukjoon Kwon, Chun-Yang Luan, Wentao Chen, Mu Qiao, Zinan Zhou, Kaizhao Wang, MS Kim og Kihwan Kim, "Demonstration af multi-time kvantestatistik uden måling tilbage-handling", arXiv: 2207.06106, (2022).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2023-06-04 12:55:03). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2023-06-04 12:55:02).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
Udmøntning af fremtiden med Adryenn Ashley. Adgang her.
Køb og sælg aktier i PRE-IPO-virksomheder med PREIPO®. Adgang her.
Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-06-01-1027/

Tidsstempel: 1. Juni, 2023

Tidsstempel: November 7, 2023

Lempelse af multitidsstatistikker i kvantesystemer

Genudgivet af Platon

Abstrakt

Populært resumé

► BibTeX-data

► Referencer

Citeret af

Mere fra Quantum Journal

Universelle kvantekredsløb til kvantekemi

Del-og-hersk-verifikationsmetode til støjende kvanteberegninger i mellemskala

Støj-robuste jordtilstandsenergiestimater fra dybe kvantekredsløb

Forbedring af ydeevnen af twin-field quantum key distribution med fordel destillationsteknologi

Operationel fortolkning af vakuum- og procesmatricerne for identiske partikler

Paritetskvanteoptimering: Compiler

Robust og effektiv Hamiltonsk læring

Karakterisering og afhjælpning af sammenhængende fejl i en fanget ion kvanteprocessor ved hjælp af skjulte inverse

De minimale kommunikationsomkostninger til simulering af sammenfiltrede qubits

Smedning af kvantedata: klassisk besejre en IQP-baseret kvantetest

Forberedelse af kvante mange-krops artilstande på kvantecomputere

Om os

Vertikal søgning & Ai

perron

Stay Connected

Konto