A többidős statisztikák lazítása kvantumrendszerekben

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Neil Dowling¹, Pedro Figueroa-Romero², Felix A. Pollock¹, Philipp Strasberg³és Kavan Modi¹

¹Fizikai és Csillagászati Iskola, Monash Egyetem, Victoria 3800, Ausztrália
²Hon Hai Quantum Computing Research Center, Taipei, Tajvan
³Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quantics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra (Barcelona), Spanyolország

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

Az egyensúlyi statisztikai mechanika hatékony eszközöket biztosít a fizika makroskálán történő megértéséhez. A kérdés azonban továbbra is fennáll, hogyan igazolható ez egy mikroszkopikus kvantumleírás alapján. Itt kiterjesztjük a tiszta állapotú kvantumstatisztikai mechanika elképzeléseit, amelyek az egyszeri statisztikára összpontosítanak, hogy megmutassák az izolált kvantumfolyamatok egyensúlyát. Nevezetesen megmutatjuk, hogy a legtöbb kellően nagy időre vonatkozó többszörös megfigyelhető adat nem tudja megkülönböztetni a nem egyensúlyi folyamatot az egyensúlyi folyamattól, kivéve, ha a rendszert rendkívül sok alkalommal vizsgáljuk, vagy a megfigyelhető különösen finom szemcsés. Eredményeink következménye, hogy a nem-markovianitás mérete és egy nem egyensúlyi folyamat egyéb többszörös jellemzői is kiegyenlítődnek.

Kiemelt kép: Egy tetszőleges, időfüggő többidejű várható érték $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, dots,Delta t_k ) $ látható (fent), amely kvantumfolyamatból számítható ki $Upsilon$ tenzor, amely a $mathcal{U}_i$ egységes evolúciós szuperoperátorokból és valamilyen $rho$ kezdeti állapotból áll. Egy olyan rendszer esetében, ahol a kezdeti állapot jelentős átfedésben van sok energia-sajátállapottal, ha a rendszert nem vizsgáljuk túl sokszor $k$-ban, megmutatjuk, hogy ez a többszörös korrelációs függvény átlagosan nem különböztethető meg egy időtől független egyensúlyi mennyiségtől (alul), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Népszerű összefoglaló

Miért általában egy soktestű rendszer makroszkopikus tulajdonságai megközelítőleg stacionáriusak annak ellenére, hogy a pontos miscrostate folyamatosan fejlődik? Széles körben elterjedt meggyőződés, hogy a kvantummechanika önmagában elegendő a statisztikai mechanika levezetéséhez, minden további feltevések nélkül. Ennek a rejtvénynek a kulcsfontosságú eleme annak meghatározása, hogyan lehet stacionárius mennyiségeket megfigyelni egy izolált kvantumrendszerben. Ebben a munkában azt mutatjuk be, hogy a többidős várakozási értékek átlagosan stacionáriusnak tűnnek nagy rendszerekben, amikor a kezdeti állapot nem nagyon finom, és ha a megfigyelhető térben és időben is durva. Ez azt jelenti, hogy a releváns többidejű jellemzők, mint például a kvantumrendszerben lévő memória mennyisége, általában függetlenek a vizsgált pontos időktől.

► BibTeX adatok

@article{Dowling2023relaxationof, doi = {10.22331/q-2023-06-01-1027}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-06-01-1027}, title = {Relaxation of {M}ultitime {S}tatistics in {Q}uantum {S}ystems}, author = {Dowling, Neil and Figueroa-Romero, Pedro and Pollock, Felix A. and Strasberg, Philipp and Modi, Kavan}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, publisher = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, pages = {1027}, month = jun, year = {2023}<br /> }

► Referenciák

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

[2] I. Rotter és 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. kiadás. (World Scientific, 2012).
https:///doi.org/10.1142/8334

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

[10] L. Li, MJ Hall és HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), a kvantum-nem-markovianitás fogalmai: A hierarchia.
https:///doi.org/10.1016/j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz és 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, and 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 és A. Winter, Phys. Rev. E 79, 061103 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.79.061103

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

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

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

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

[19] L. C. Venuti, “The recurrence time in quantum mechanics,” (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] Á. M. Alhambra, J. Riddell és LP García-Pintos, Phys. Rev. Lett. 124, 110605 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.110605

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

[23] J. Gemmer, M. Michel és 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 és M. Rigol, Adv. Phys. 65, 239 (2016).
https:///doi.org/10.1080/00018732.2016.1198134

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

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

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

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

[33] L. Hardy, J. Phys. A-Math. 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, “Operational general relativity: Possibilistic, probabilistic, and quantum,” (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 és F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https:///doi.org/10.1007/JHEP09(2018)093

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

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

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

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

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

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

[50] F. Krumm, J. Sperling és 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 és 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 és 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 és 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 és K. Modi, Nature Communications 11, 6301 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-20113-3

[55] G. A. L. White, F. A. Pollock, L. C. L. Hollenberg, C. D. Hill, and 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 és J. Gemmer, Phys. Rev. E 101, 062205 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevE.101.062205

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

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

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

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

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

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

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

[67] CJ Turner, AA Michailidis, DA Abanin, M. Serbyn és 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 és 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 és 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 és 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 Parish, FA Pollock, és K. Modi, Phys. Rev. Lett. 128, 150601 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.150601

[75] N. Dowling and 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 és P. Zanardi, Phys. Rev. Lett. 126, 030601 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.030601

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

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

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

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

[82] J. Watrous: A kvantuminformáció elmélete (Cambridge University Press, 2018).
https:///doi.org/10.1017/9781316848142

[83] M. M. 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 és K. Modi, Phys. Rev. A 99, 042108 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.042108

[86] W. R. Inc., “Mathematica, Version 12.3.1,” Champaign, IL, 2021.

[87] J. Miszczak, Z. Puchała, and P. Gawron, “Qi package for anaylsis of quantum systems,” (2011-).
https:///github.com/iitis/qi

Idézi

[1] Philipp Strasberg, „Klasszikusság dekoherenciával (ki) – fogalmak, viszony a markovianitáshoz, és véletlen mátrixelméleti megközelítés”, arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard, and 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, and Jiaozi Wang, “Classicality, Markovianity and local detailed balance from pure state dynamics”, arXiv: 2209.07977, (2022).

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

[5] I. A. Aloisio, G. A. L. White, C. D. Hill, and 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, and 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 és Kihwan Kim, „Többszörös kvantumstatisztika bemutatása mérési visszahatás nélkül”, arXiv: 2207.06106, (2022).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-06-04 12:55:03). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2023-06-04 12:55:02).

Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.

SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
PlatoAiStream. Web3 adatintelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
A jövő pénzverése – Adryenn Ashley. Hozzáférés itt.
Részvények vásárlása és eladása PRE-IPO társaságokban a PREIPO® segítségével. Hozzáférés itt.
Forrás: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-06-01-1027/

Időbélyeg: Június 1, 2023

Időbélyeg: 7. november 2023.

A többidejű statisztika lazítása kvantumrendszerekben

Újra kiadta Platón

Absztrakt

Népszerű összefoglaló

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

Univerzális kvantumáramkörök a kvantumkémiához

Oszd meg és uralkodj ellenőrző módszer zajos, közepes léptékű kvantumszámításhoz

Zajrobusztus alapállapot-energiabecslések mély kvantumáramkörökből

Az ikermezős kvantumkulcs-elosztás teljesítményének javítása előnyös desztillációs technológiával

A vákuum- és folyamatmátrixok operatív értelmezése azonos részecskékre

Paritáskvantumoptimalizálás: fordító

Robusztus és hatékony Hamilton-tanulás

A csapdába esett ionkvantumprocesszor koherens hibáinak jellemzése és enyhítése rejtett inverzek segítségével

Minimális kommunikációs költség az összegabalyodott qubitek szimulálásához

Kvantumadatok kovácsolása: klasszikusan az IQP-alapú kvantumteszt legyőzése

Kvantum soktestes heg állapotok előkészítése kvantumszámítógépeken

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók