آرامش آمار چند زمانه در سیستم های کوانتومی

آرامش آمار چند زمانه در سیستم های کوانتومی

گره منبع: 2699820

نیل داولینگ1، پدرو فیگوئروآ-رومرو2، فلیکس A. پولاک1، فیلیپ استراسبرگ3، و کاوان مودی1

1دانشکده فیزیک و نجوم، دانشگاه موناش، ویکتوریا 3800، استرالیا
2مرکز تحقیقات محاسبات کوانتومی Hon Hai، تایپه، تایوان
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics، Departament de Física، Universitat Autònoma de Barcelona، 08193 Bellaterra (بارسلونا)، اسپانیا

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

مکانیک آماری تعادل ابزارهای قدرتمندی برای درک فیزیک در مقیاس کلان فراهم می کند. با این حال، این سوال باقی می ماند که چگونه می توان این را بر اساس یک توصیف کوانتومی میکروسکوپی توجیه کرد. در اینجا، ما ایده‌های مکانیک آماری کوانتومی حالت خالص را گسترش می‌دهیم که بر آمار تک‌زمان تمرکز می‌کند تا تعادل فرآیندهای کوانتومی ایزوله را نشان دهد. یعنی، ما نشان می‌دهیم که اکثر قابل مشاهده‌های چندوقته برای زمان‌های به اندازه کافی بزرگ نمی‌توانند یک فرآیند غیرتعادلی را از یک فرآیند تعادلی متمایز کنند، مگر اینکه سیستم برای تعداد بسیار زیادی بار کاوش شود یا موارد قابل مشاهده به‌خصوص ریزدانه باشد. نتیجه‌ای از نتایج ما این است که اندازه غیرمارکوویانیتی و سایر ویژگی‌های چند زمانی یک فرآیند غیرتعادلی نیز متعادل می‌شوند.

چرا ویژگی‌های ماکروسکوپی یک سیستم چند بدنه معمولاً با وجود وضعیت نادرست دقیق دائماً ثابت است؟ این یک باور عمومی است که مکانیک کوانتومی به تنهایی باید برای استخراج مکانیک آماری کافی باشد، بدون هیچ فرضی دیگری. یک قطعه کلیدی از این پازل تعیین این است که چگونه می توان کمیت های ساکن را در یک سیستم کوانتومی ایزوله مشاهده کرد. در این کار ما نشان می‌دهیم که مقادیر انتظار چندزمانی به طور متوسط ​​در سیستم‌های بزرگ ثابت به نظر می‌رسند، زمانی که حالت اولیه بسیار دقیق تنظیم نشده است و زمانی که قابل مشاهده در فضا و زمان درشت است. این بدان معناست که ویژگی‌های چند زمانه مربوطه، مانند مقدار حافظه در سیستم کوانتومی، به طور کلی مستقل از زمان‌های دقیق کاوش‌شده هستند.

► داده های BibTeX

◄ مراجع

[1] A. Rivas و SF van Huelga، سیستم های کوانتومی باز (اسپرینگر-ورلاگ، 2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-23354-8

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

[3] N. Pottier، فیزیک آماری غیرتعادلی: فرآیندهای برگشت ناپذیر خطی، متون فارغ التحصیل آکسفورد (انتشارات دانشگاه آکسفورد، 2010).

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

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

[6] G. Stefanucci و R. van Leeuwen، نظریه غیرتعادلی چند بدنه سیستم‌های کوانتومی: مقدمه مدرن (انتشارات دانشگاه کمبریج، 2013).
https://doi.org/​10.1017/​CBO9781139023979

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

[8] FA Pollock, C. Rodríguez-Rosario, T. Frauenheim, M. Paternostro, and 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, and K. Modi, Phys. کشیش لِت 120, 040405 (2018b).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.120.040405

[10] L. Li، MJ Hall، و HM Wiseman، Phys. Rep. 759, 1 (2018)، مفاهیم غیر مارکوینیت کوانتومی: سلسله مراتب.
https://doi.org/​10.1016/​j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz و 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 و K. Modi، "تعادل فرآیندهای کوانتومی غیرمارکوویی در بازه های زمانی محدود،" (2021)، arXiv:2112.01099 [quant-ph].
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

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

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

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

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

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

[19] LC Venuti، "زمان عود در مکانیک کوانتومی"، (2015)، arXiv: 1509.04352 [quant-ph].
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1509.04352
arXiv: 1509.04352

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

[21] آ. M. Alhambra, J. Riddell, and LP García-Pintos, Phys. کشیش لِت 124, 110605 (2020).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.124.110605

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

[23] جی. جمر، ام. میشل و جی. مالر، ترمودینامیک کوانتومی: ظهور رفتار ترمودینامیکی در سیستم‌های کوانتومی مرکب، یادداشت‌های سخنرانی در فیزیک (اسپرینگر برلین هایدلبرگ، 2009).
https://doi.org/​10.1007/​b98082

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

[25] T. Mori، TN Ikeda، E. Kaminishi، و M. Ueda، J. Phys. ب: در مول. انتخاب کنید 51, 112001 (2018).
https://doi.org/​10.1088/​1361-6455/​aabcdf

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

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

[28] H. Tasaki, Phys. کشیش لِت 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. کشیش فیزیک. 2, 669 (2020).
https://doi.org/​10.1038/​s42254-020-0237-x

[31] EB Davies و JT Lewis، Commun. ریاضی. فیزیک 17, 239 (1970).
https://doi.org/​10.1007/​BF01647093

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

[33] L. Hardy، J. Phys. الف-ریاضی. نظریه. 40, 3081 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​12/​s12

[34] ال. هاردی، فیلوس. TR Soc. A 370, 3385 (2012).
https://doi.org/​10.1098/​rsta.2011.0326

[35] L. Hardy، "نسبیت عام عملیاتی: احتمالی، احتمالی و کوانتومی"، (2016)، arXiv:1608.06940 [gr-qc].
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.1608.06940
arXiv: 1608.06940

[36] جی. کاتلر، سی.-ام. جیان، X.-L. Qi، و F. Wilczek، J. فیزیک انرژی بالا. 2018, 93 (2018).
https://doi.org/​10.1007/​JHEP09(2018)093

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

[38] F. Caruso، V. Giovannetti، C. Lupo، و S. Mancini، Rev. Mod. فیزیک 86، 1203 (2014).
https://doi.org/​10.1103/​RevModPhys.86.1203

[39] سی. پورتمن، سی. مت، یو. ماورر، آر. رنر، و ب. تاکمن، معاملات IEEE در نظریه اطلاعات 63، 3277 (2017).
https://doi.org/​10.1109/​TIT.2017.2676805

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

[41] O. Oreshkov، F. Costa و Č. بروکنر، نات. اشتراک. 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 و F. Costa، ​​Quantum 5، 440 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-04-26-440

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

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

[46] P. Strasberg and MG Diaz, 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، و SF Huelga، Phys. Rev. X 10, 041049 (2020b).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevX.10.041049

[48] V. Chernyak، F. cv Šanda، و 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. چنگ، RE Blankenship و GR Fleming، Nature 446، 782 (2007).
https://doi.org/​10.1038/​nature05678

[50] F. Krumm, J. Sperling و 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، و 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 و 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 و 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، و 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، و K. Modi، "از فیزیک چند جسمی تا فیزیک چند زمانه"، (2022)، arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

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

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

[58] S. Milz، MS Kim، FA Pollock، و K. Modi، Phys. کشیش لِت 123, 040401 (2019).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.040401

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

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

[61] FGSL Brandão، E. Crosson، MB Şahinoğlu، و J. Bowen، Phys. کشیش لِت 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، فیزیک. Rev. E 50, 888 (1994).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevE.50.888

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

[65] M. Rigol, V. Dunjko, V. Yurovsky, and M. Olshanii, Phys. کشیش لِت 98, 050405 (2007).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.98.050405

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

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

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

[69] J. Richter، J. Gemmer، و 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، و O. Gühne، SciPost Phys. 10, 141 (2021).
https://doi.org/​10.21468/​SciPostPhys.10.6.141

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

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

[73] الکسی کیتایف، "جایزه پیشرفت 2015 سمپوزیوم بنیادی فیزیک"، آدرس اینترنتی: https:/​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3 (2014).
https://breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3

[74] M. Zonnios، J. Levinsen، MM Parish، FA Pollock، و K. Modi، Phys. کشیش لِت 128, 150601 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.128.150601

[75] N. Dowling و K. Modi، "آشوب کوانتومی = درهم تنیدگی فضایی-زمانی قانون حجم"، (2022)، arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https://doi.org/​10.48550/ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

[76] G. Styliaris, N. Anand, and P. Zanardi, Phys. کشیش لِت 126, 030601 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.126.030601

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

[78] A. Riera، C. Gogolin و J. Eisert، Phys. کشیش لِت 108, 080402 (2012).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.108.080402

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

[80] H. Wilming، TR de Oliveira، AJ Short و J. Eisert، «زمان‌های تعادل در سیستم‌های کوانتومی بسته چند جسمی»، در ترمودینامیک در رژیم کوانتومی: جنبه‌های بنیادی و جهت‌های جدید، ویرایش شده توسط F. Binder، LA Correa، سی. گوگولین، جی. آندرس و جی. آدسو (انتشارات بین المللی اسپرینگر، چم، 2018) صفحات 435-455.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0_18

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

[82] جی واتروس، نظریه اطلاعات کوانتومی (انتشارات دانشگاه کمبریج، 2018).
https://doi.org/​10.1017/​9781316848142

[83] MM Wilde، "از کلاسیک تا نظریه شانون کوانتومی"، (2011)، arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https://doi.org/​10.1017/​9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

[84] J. Watrous، Quantum Inf. محاسبه کنید. 5 (2004)، 10.26421/QIC5.1-6.
https://doi.org/​10.26421/​QIC5.1-6

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

[86] WR Inc.، "Mathematica، نسخه 12.3.1"، Champaign، IL، 2021.

[87] J. Miszczak، Z. Puchała، و P. Gawron، "بسته چی برای تجزیه و تحلیل سیستم های کوانتومی"، (2011-).
https://github.com/​iitis/​qi

ذکر شده توسط

[1] فیلیپ استراسبرگ، "کلاسیک بودن با عدم انسجام (خارج): مفاهیم، ​​رابطه با مارکویت، و رویکرد نظریه ماتریس تصادفی". arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] فیلیپ استراسبرگ، ترزا ای. راینهارد، و جوزف شیندلر، "همه چیز در همه جا به یکباره: اولین اصول نشان دادن عددی تاریخ های ناهمسو نوظهور"، arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] فیلیپ استراسبرگ، آندریاس وینتر، یوخن گمر، و جیائوزی وانگ، "کلاسیک بودن، مارکویت و تعادل دقیق محلی از پویایی حالت خالص". arXiv: 2209.07977, (2022).

[4] نیل داولینگ و کاوان مودی، "آشوب کوانتومی = درهم تنیدگی فضایی-زمانی قانون حجمی"، arXiv: 2210.14926, (2022).

[5] IA Aloisio، GAL White، CD Hill، و K. Modi، "پیچیدگی نمونه برداری از سیستم های کوانتومی باز"، PRX Quantum 4 2, 020310 (2023).

[6] نیل داولینگ، پدرو فیگوروآ-رومرو، فلیکس آ. پولاک، فیلیپ استراسبرگ و کاوان مودی، "تعادل فرآیندهای کوانتومی چند زمانه در فواصل زمانی محدود"، arXiv: 2112.01099, (2021).

[7] Pengfei Wang، Hyukjoon Kwon، Chun-Yang Luan، Wentao Chen، Mu Qiao، Zinan Zhou، Kaizhao Wang، MS Kim، و Kihwan Kim، "نمایش آمار کوانتومی چند زمانه بدون اندازه گیری پس عمل"، arXiv: 2207.06106, (2022).

نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2023-06-04 12:55:03). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.

On سرویس استناد شده توسط Crossref هیچ داده ای در مورد استناد به آثار یافت نشد (آخرین تلاش 2023-06-04 12:55:02).

تمبر زمان:

بیشتر از مجله کوانتومی