Mitmeajalise statistika leevendamine kvantsüsteemides

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Neil Dowling¹, Pedro Figueroa-Romero², Felix A. Pollock¹, Philipp Strasberg³ja Kavan Modi¹

¹Füüsika ja astronoomia kool, Monashi ülikool, Victoria 3800, Austraalia
²Hon Hai kvantarvutite uurimiskeskus, Taipei, Taiwan
³Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quantics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra (Barcelona), Hispaania

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Tasakaalustatiline mehaanika pakub võimsaid tööriistu füüsika mõistmiseks makroskaalal. Siiski jääb küsimus, kuidas seda mikroskoopilise kvantkirjelduse põhjal õigustada. Siin laiendame puhta oleku kvantstatistika mehaanika ideid, mis keskenduvad ühekordsele statistikale, et näidata isoleeritud kvantprotsesside tasakaalustamist. Nimelt näitame, et enamik piisavalt suurte aegade mitmekordseid vaadeldavaid andmeid ei suuda eristada mittetasakaalulist protsessi tasakaalulisest, välja arvatud juhul, kui süsteemi sondeeritakse äärmiselt palju kordi või kui vaadeldav on eriti peeneteraline. Meie tulemuste tagajärg on see, et mitte-Markoviaalsuse suurus ja muud mittetasakaaluprotsessi mitmekordsed omadused tasakaalustavad ka.

Esiletõstetud pilt: kuvatakse suvaline ajast sõltuv mitmekordne ootusväärtus $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, dots,Delta t_k ) $ (üleval), mida saab arvutada kvantprotsessist tensor $Upsilon$, mis koosneb ühtse evolutsiooni superoperaatoritest $mathcal{U}_i$ ja mingist algolekust $rho$. Süsteemi puhul, mille algolek kattub märkimisväärselt paljude energiaomaseisunditega, kui süsteemi ei testita liiga palju kordi $k$, näitame, et keskmiselt ei saa seda mitmekordset korrelatsioonifunktsiooni eristada ajast sõltumatust tasakaalusuurusest (alumine), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Populaarne kokkuvõte

Miks on paljudest kehadest koosneva süsteemi makroskoopilised omadused tavaliselt ligikaudu paigal, hoolimata sellest, et täpne miskrostaat areneb pidevalt? Laialt levinud on arvamus, et ainuüksi kvantmehaanikast peaks piisama statistilise mehaanika tuletamiseks ilma täiendavate eeldusteta. Selle pusle põhiosa on kindlaks teha, kuidas saab vaadelda statsionaarseid suurusi isoleeritud kvantsüsteemis. Selles töös näitame, et mitmeajalised ootusväärtused näevad suurtes süsteemides keskmiselt paigal, kui algseisund ei ole väga peenhäälestatud ja kui vaadeldav on nii ruumis kui ka ajas jäme. See tähendab, et asjakohased mitme aja funktsioonid, nagu näiteks mälumaht kvantsüsteemis, on üldiselt sõltumatud täpsetest kontrollitud aegadest.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{Dowling2023relaxationof, doi = {10.22331/q-2023-06-01-1027}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-06-01-1027}, pealkiri = {Lõõgastus {M}ultitime {S}statistika {Q}uantum {S}stems}, autor = {Dowling, Neil ja Figueroa-Romero, Pedro ja Pollock, Felix A. ja Strasberg, Philipp ja Modi, Kavan}, ajakiri = { {Quantum}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {7}, lehekülge = {1027}, kuu = juuni, aasta = {2023} }

► Viited

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

[2] I. Rotter ja 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, Vaba Prog. Phys. 29, 255 (1966).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/29/1/306

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

[6] G. Stefanucci ja 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 ja 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 ja K. Modi, Phys. Rev. Lett. 120, 040405 (2018b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.040405

[10] L. Li, MJ Hall ja HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), kvant-mittemarkovisuse mõisted: hierarhia.
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz ja 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 ja K. Modi, "Mittemarkoviansete kvantprotsesside tasakaalustamine piiratud ajavahemikes" (2021), arXiv: 2112.01099 [kvant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

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

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

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

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

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

[19] LC Venuti, "Kvantmehaanika kordumise aeg" (2015), arXiv: 1509.04352 [kvant-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] Á. M. Alhambra, J. Riddell ja LP García-Pintos, Phys. Rev. Lett. 124, 110605 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.110605

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

[23] J. Gemmer, M. Michel ja G. Mahler, Quantum Thermodynamics: Emergence of Thermodynamic Behavior Within Composite Quantum Systems, Lecture Notes in Physics (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https:///doi.org/10.1007/b98082

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

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

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

[27] G. Chiribella, GM D'Ariano ja 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 ja JT Lewis, kommuun. matemaatika. Phys. 17, 239 (1970).
https:///doi.org/10.1007/BF01647093

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

[33] L. Hardy, J. Phys. A-matemaatika. 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, „Operatiivne üldrelatiivsusteooria: võimalik, tõenäosuslik ja kvant”, (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 ja F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https:///doi.org/10.1007/JHEP09(2018)093

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

[38] F. Caruso, V. Giovannetti, C. Lupo ja 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 ja B. Tackmann, IEEE Transactions on Information Theory, 63, 3277 (2017).
https:///doi.org/10.1109/TIT.2017.2676805

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

[41] O. Oreshkov, F. Costa ja 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 ja F. Costa, Quantum 5, 440 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-04-26-440

[44] P. Strasberg ja 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 ja 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 ja SF Huelga, Phys. Rev. X 10, 041049 (2020b).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.10.041049

[48] V. Chernyak, F. cv Šanda ja 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 ja GR Fleming, Nature 446, 782 (2007).
https:///doi.org/10.1038/nature05678

[50] F. Krumm, J. Sperling ja 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 ja 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 ja 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 ja 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 ja 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 ja K. Modi, "From many-body to many-time physics" (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

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

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

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

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

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

[61] FGSL Brandão, E. Crosson, MB Şahinoğlu ja 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-matemaatika. Gen. 32, 1163 (1999).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/32/7/007

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

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

[67] CJ Turner, AA Michailidis, DA Abanin, M. Serbyn ja 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 ja 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 ja 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 ja FA Pollock, Quantum 3, 136 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-04-30-136

[73] Aleksei Kitaev, „2015. aasta läbimurdeauhinna fundamentaalfüüsika sümpoosion”, url: https:///breakthroughprize.org/Laureates/1/L3 (2014).
https:///breakthroughprize.org/Laureates/1/L3

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

[75] N. Dowling ja K. Modi, "Kvantkaos = mahuseaduse spatiotemporaalne takerdumine" (2022), arXiv: 2210.14926 [kvant-ph].
https:///doi.org/10.48550/ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

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

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

[78] A. Riera, C. Gogolin ja 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 ja AJ Short, Phys. Rev. E 90, 012121 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.90.012121

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

[81] S. Milz, FA Pollock ja K. Modi, Open Syst. Info 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, "Klassikalisest kvant-Shannoni teooriani" (2011), arXiv: 1106.1445 [kvant-ph].
https:///doi.org/10.1017/9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

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

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

[86] WR Inc., „Mathematica, versioon 12.3.1”, Champaign, IL, 2021.

[87] J. Miszczak, Z. Puchała ja P. Gawron, "Qi pakett kvantsüsteemide analüüsiks" (2011-).
https:///github.com/iitis/qi

Viidatud

[1] Philipp Strasberg, „Klassikalisus koos(välja)dekoherentsiga: mõisted, seos markovisusega ja juhuslik maatriksiteooria lähenemine”, arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard ja 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 ja Jiaozi Wang, “Klassikalisus, markovisus ja kohalik detailne tasakaal puhtast oleku dünaamikast”, arXiv: 2209.07977, (2022).

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

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill ja 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 ja Kavan Modi, "Mitmeajaliste kvantprotsesside tasakaalustamine piiratud ajavahemikes", arXiv: 2112.01099, (2021).

[7] Pengfei Wang, Hyukjoon Kwon, Chun-Yang Luan, Wentao Chen, Mu Qiao, Zinan Zhou, Kaizhao Wang, MS Kim ja Kihwan Kim, „Mitmeajalise kvantstatistika demonstreerimine ilma mõõtmise tagasilöögita”. arXiv: 2207.06106, (2022).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-06-04 12:55:03). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

On Crossrefi viidatud teenus teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2023-06-04 12:55:02).

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
Allikas: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-06-01-1027/

Ajatempel: Juuni 1, 2023

Ajatempel: November 7, 2023

Mitmeajalise statistika leevendamine kvantsüsteemides

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

Populaarne kokkuvõte

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Universaalsed kvantahelad kvantkeemia jaoks

Jaga ja valluta kontrollimeetod mürarikka keskmise skaala kvantarvutamiseks

Mürakindlad põhiseisundi energiahinnangud sügavatest kvantahelatest

Kaheväljalise kvantvõtme jaotuse jõudluse parandamine eelise destilleerimistehnoloogia abil

Vaakum- ja protsessimaatriksite operatiivne tõlgendamine identsete osakeste jaoks

Pariteedi kvantoptimeerimine: kompilaator

Tugev ja tõhus Hamiltoni õpe

Sidusate vigade iseloomustamine ja leevendamine kinnijäänud ioonkvantprotsessoris, kasutades peidetud pöördväärtusi

Minimaalne sidekulu takerdunud kubittide simuleerimiseks

Kvantandmete sepistamine: klassikaline IQP-põhise kvanttesti alistamine

Paljude kehade kvantarmide olekute ettevalmistamine kvantarvutites

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto