Relaksasi Statistik Multiwaktu dalam Sistem Kuantum

Relaksasi Statistik Multiwaktu dalam Sistem Kuantum

Stempel Waktu: 1 Juni 2023 8
Node Sumber: 2699820

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

1Sekolah Fisika & Astronomi, Monash University, Victoria 3800, Australia
2Pusat Penelitian Komputasi Kuantum Hon Hai, Taipei, Taiwan
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Spanyol

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Mekanika statistik kesetimbangan menyediakan alat yang ampuh untuk memahami fisika pada skala makro. Namun, pertanyaannya tetap bagaimana hal ini dapat dibenarkan berdasarkan deskripsi kuantum mikroskopis. Di sini, kami memperluas gagasan mekanika statistik kuantum keadaan murni, yang berfokus pada statistik waktu tunggal, untuk menunjukkan keseimbangan proses kuantum yang terisolasi. Yakni, kami menunjukkan bahwa sebagian besar observasi multi-waktu untuk waktu yang cukup lama tidak dapat membedakan proses non-ekuilibrium dari proses kesetimbangan, kecuali sistem tersebut diperiksa dalam jumlah yang sangat banyak atau proses yang dapat diamati sangat berbutir halus. Akibat wajar dari hasil kami adalah bahwa ukuran non-Markovianitas dan karakteristik multi-waktu lainnya dari proses nonequilibrium juga mengalami keseimbangan.

Gambar unggulan: Nilai ekspektasi multiwaktu yang sewenang-wenang dan bergantung pada waktu $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, dot,Delta t_k ) $ ditampilkan (atas), yang dapat dihitung dari proses kuantum tensor $Upsilon$, terdiri dari superoperator evolusi kesatuan $mathcal{U}_i$ dan beberapa keadaan awal $rho$. Untuk sistem dengan keadaan awal yang tumpang tindih secara signifikan dengan banyak keadaan eigen energi, jika sistem tidak diperiksa terlalu sering $k$, kami menunjukkan bahwa rata-rata fungsi korelasi multiwaktu ini tidak dapat dibedakan dari besaran kesetimbangan yang tidak tergantung waktu (bawah), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Ringkasan populer

Mengapa sifat makroskopis sistem banyak benda biasanya mendekati stasioner meskipun keadaan miscrostate terus berkembang? Ada kepercayaan luas bahwa mekanika kuantum saja sudah cukup untuk memperoleh mekanika statistik, tanpa asumsi tambahan apa pun. Bagian penting dari teka-teki ini adalah menentukan bagaimana seseorang dapat mengamati besaran stasioner dalam sistem kuantum terisolasi. Dalam karya ini kami menunjukkan bahwa nilai ekspektasi multi-waktu rata-rata tampak stasioner dalam sistem besar, ketika keadaan awal tidak disetel dengan baik dan ketika pengamatannya kasar baik dalam ruang maupun waktu. Artinya, fitur multi-waktu yang relevan, seperti jumlah memori dalam sistem kuantum, secara umum tidak bergantung pada waktu pasti yang diperiksa.

► data BibTeX

► Referensi

[1] A. Rivas dan SF van Huelga, Sistem Kuantum Terbuka (Springer-Verlag, 2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-23354-8

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

[3] N. Pottier, Fisika Statistik Nonequilibrium: Proses Linear Irreversible, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2010).

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

[5] U. Weiss, Sistem Disipatif Kuantum, edisi ke-4. (Dunia Ilmiah, 2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 8334

[6] G. Stefanucci dan R. van Leeuwen, Teori Banyak Benda Nonequilibrium Sistem Kuantum: Pengantar Modern (Cambridge University Press, 2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139023979

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

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

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

[10] L. Li, MJ Hall, dan HM Wiseman, Phys. Rep.759, 1 (2018), konsep non-Markovianitas kuantum: Sebuah hierarki.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz dan 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, dan K. Modi, “Keseimbangan proses kuantum non-markovian dalam interval waktu terbatas,” (2021), arXiv:2112.01099 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

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

[15] C. Neuenhahn dan F. Marquardt, Fis. Pdt. E 85, 060101(kanan) (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.85.060101

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

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

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

[19] LC Venuti, “Waktu perulangan dalam mekanika kuantum,” (2015), arXiv:1509.04352 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1509.04352
arXiv: 1509.04352

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

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

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

[23] J. Gemmer, M. Michel, dan G. Mahler, Termodinamika Kuantum: Munculnya Perilaku Termodinamika Dalam Sistem Kuantum Komposit, Catatan Kuliah Fisika (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / b98082

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

[25] T. Mori, TN Ikeda, E. Kaminishi, dan M. Ueda, J. Phys. B: Pada. mol. Memilih. 51, 112001 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6455/​aabcdf

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

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

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

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

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

[31] EB Davies dan JT Lewis, Commun. Matematika. Fisika. 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

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

[33] L. Hardy, J. Fisika. A-Matematika. teori. 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, “Relativitas umum operasional: Possibilistik, probabilistik, dan kuantum,” (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, dan F. Wilczek, J. Fisika Energi Tinggi. 2018, 93 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP09 (2018) 093

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

[38] F. Caruso, V. Giovannetti, C. Lupo, dan 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, dan B. Tackmann, IEEE Transaksi Teori Informasi 63, 3277 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2017.2676805

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

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

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

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

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

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

[46] P. Strasberg dan MG Díaz, Phys. Pendeta 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, dan SF Huelga, Phys. Pdt. X 10, 041049 (2020b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.041049

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

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

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

[51] E. Moreva, M. Gramegna, G. Brida, L. Maccone, dan M. Genovese, Phys. Pdt.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, dan 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, dan 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, dan 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, dan K. Modi, “Dari fisika banyak benda ke banyak waktu,” (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

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

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

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

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

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

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

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

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

[64] M. Srednicki, J. Fisika. A-Matematika. Kejadian 32, 1163 (1999).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​32/​7/​007

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

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

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

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

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

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

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

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

[73] Alexei Kitaev, “Simposium Fisika Dasar Hadiah Terobosan 2015,” url: https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3 (2014).
https:/​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3

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

[75] N. Dowling dan K. Modi, “Kekacauan kuantum = keterikatan spatiotemporal hukum volume,” (2022), arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

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

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

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

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

[80] H. Wilming, TR de Oliveira, AJ Short, dan J. Eisert, “Waktu kesetimbangan dalam sistem banyak benda kuantum tertutup,” dalam Termodinamika dalam Rezim Kuantum: Aspek Fundamental dan Arah Baru, diedit oleh F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders, dan G. Adesso (Springer International Publishing, Cham, 2018) hlm.435–455.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0_18

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

[82] J. Watrous, Teori Informasi Kuantum (Cambridge University Press, 2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[83] MM Wilde, “Dari Teori Klasik ke Quantum Shannon,” (2011), arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

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

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

[86] WR Inc., “Mathematica, Versi 12.3.1,” Champaign, IL, 2021.

[87] J. Miszczak, Z. Puchała, dan P. Gawron, “Paket Qi untuk analisis sistem kuantum,” (2011-).
https://​/​github.com/​iitis/​qi

Dikutip oleh

[1] Philipp Strasberg, “Klasikalitas tanpa dekoherensi: Konsep, hubungannya dengan Markovianitas, dan pendekatan teori matriks acak”, arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard, dan Joseph Schindler, “Semuanya Di Mana Saja Sekaligus: Prinsip Pertama Demonstrasi Numerik dari Sejarah Dekoheren yang Muncul”, arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] Philipp Strasberg, Andreas Winter, Jochen Gemmer, dan Jiaozi Wang, “Klasikalitas, Markovianitas, dan keseimbangan detail lokal dari dinamika keadaan murni”, arXiv: 2209.07977, (2022).

[4] Neil Dowling dan Kavan Modi, “Quantum Chaos = Keterikatan Spatiotemporal Hukum Volume”, arXiv: 2210.14926, (2022).

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill, dan K. Modi, “Kompleksitas Pengambilan Sampel Sistem Kuantum Terbuka”, PRX Kuantum 4 2, 020310 (2023).

[6] Neil Dowling, Pedro Figueroa-Romero, Felix A. Pollock, Philipp Strasberg, dan 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, dan Kihwan Kim, “Demonstrasi statistik kuantum multi-waktu tanpa tindakan balik pengukuran”, arXiv: 2207.06106, (2022).

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2023-06-04 12:55:03). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2023-06-04 12:55:02).

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum