Versoepeling van multitimestatistieken in kwantumsystemen

Versoepeling van multitimestatistieken in kwantumsystemen

Tijdstempel: 1 juni 2023 8:30 uur
Bronknooppunt: 2699820

Neil Dowling1, Pedro Figueroa-Romero2, Felix A. Pollock1, Philipp Strasberg3en Kavan Modi1

1School voor natuurkunde en astronomie, Monash University, Victoria 3800, Australië
2Hon Hai Quantum Computing Research Center, Taipei, Taiwan
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Spanje

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

De statistische evenwichtsmechanica biedt krachtige hulpmiddelen om de natuurkunde op macroschaal te begrijpen. Toch blijft de vraag hoe dit kan worden gerechtvaardigd op basis van een microscopische kwantumbeschrijving. Hier breiden we de ideeën van de zuivere kwantumstatistische mechanica uit, die zich richten op eenmalige statistieken, om het evenwicht van geïsoleerde kwantumprocessen aan te tonen. We laten namelijk zien dat de meeste multitime waarneembare processen gedurende voldoende grote perioden geen onderscheid kunnen maken tussen een niet-evenwichtsproces en een evenwichtsproces, tenzij het systeem een ​​extreem groot aantal keren wordt onderzocht of het waarneembare bijzonder fijnkorrelig is. Een uitvloeisel van onze resultaten is dat de omvang van niet-Markovianiteit en andere meervoudige kenmerken van een niet-evenwichtsproces ook in evenwicht zijn.

Uitgelichte afbeelding: Een willekeurige, tijdsafhankelijke meervoudige verwachtingswaarde $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, dots,Delta t_k ) $ wordt weergegeven (boven), die kan worden berekend op basis van een kwantumproces tensor $Upsilon$, samengesteld uit unitaire evolutie-superoperatoren $mathcal{U}_i$ en een begintoestand $rho$. Voor een systeem waarbij de initiële toestand aanzienlijk overlapt met veel energie-eigentoestanden, laten we, als het systeem niet te vaak $k$ wordt onderzocht, zien dat deze multitime correlatiefunctie gemiddeld niet te onderscheiden is van een tijdsonafhankelijke evenwichtsgrootheid (onder), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Populaire samenvatting

Waarom zijn de macroscopische eigenschappen van een systeem met meerdere lichamen doorgaans ongeveer stationair, ondanks dat de exacte miscrostaat voortdurend evolueert? Het is een wijdverbreide overtuiging dat de kwantummechanica alleen voldoende zou moeten zijn om statistische mechanica af te leiden, zonder enige aanvullende aannames. Een belangrijk onderdeel van deze puzzel is het bepalen hoe je stationaire grootheden in een geïsoleerd kwantumsysteem kunt waarnemen. In dit werk laten we zien dat multitime verwachtingswaarden er gemiddeld stationair uitzien in grote systemen, wanneer de initiële toestand niet erg nauwkeurig is afgestemd en wanneer het waarneembare grof is in zowel ruimte als tijd. Dit betekent dat relevante meervoudige kenmerken, zoals de hoeveelheid geheugen in het kwantumsysteem, in het algemeen onafhankelijk zijn van de exacte onderzochte tijden.

► BibTeX-gegevens

► Referenties

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

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

[3] N. Pottier, Niet-evenwichtsstatistische fysica: lineaire onomkeerbare processen, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2010).

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

[5] U. Weiss, Quantum Dissipatieve Systemen, 4e druk. (Wereld Wetenschappelijk, 2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 8334

[6] G. Stefanucci en 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. 157, 213 (1967).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.157.213

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

[10] L. Li, MJ Hall, en HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), concepten van kwantum-niet-Markovianiteit: een hiërarchie.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz en 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 en K. Modi, "Equilibratie van niet-Markoviaanse kwantumprocessen in eindige tijdsintervallen", (2021), arXiv:2112.01099 [quant-ph].
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

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

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

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

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

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

[19] LC Venuti, ‘De herhalingstijd in de kwantummechanica’, (2015), arXiv:1509.04352 [quant-ph].
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1509.04352
arXiv: 1509.04352

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

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

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

[23] J. Gemmer, M. Michel en G. Mahler, Quantum Thermodynamica: opkomst van thermodynamisch gedrag binnen samengestelde kwantumsystemen, collegeaantekeningen in de natuurkunde (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / b98082

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

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

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

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

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

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

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

[31] EB Davies en JT Lewis, Commun. Wiskunde. Fysiek. 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

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

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

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

[35] L. Hardy, “Operationele algemene relativiteitstheorie: possibilistisch, probabilistisch en kwantum”, (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 en F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP09 (2018) 093

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

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

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

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

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

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

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

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

[50] F. Krumm, J. Sperling en 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 en M. Genovese, Phys. 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 en 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 en 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 en 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 en K. Modi, “Van veel-lichamen naar veel-tijdfysica,” (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https:/​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

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

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

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

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

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

[61] FGSL Brandão, E. Crosson, MB Şahinoğlu, en J. Bowen, Phys. Ds. 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. E 50, 888 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.50.888

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

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

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

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

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

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

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

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

[73] Alexei Kitaev, “symposium voor doorbraakprijs fundamentele natuurkunde 2015”, url: https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3 (2014).
https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3

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

[75] N. Dowling en K. Modi, “Kwantumchaos = volume-wet spatiotemporele verstrengeling,” (2022), arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

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

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

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

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

[80] H. Wilming, TR de Oliveira, AJ Short en J. Eisert, ‘Equilibratietijden in gesloten kwantumsystemen met veel lichamen’, in Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions, onder redactie van F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders en G. Adesso (Springer International Publishing, Cham, 2018) blz. 435-455.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0_18

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

[82] J. Watrous, De theorie van kwantuminformatie (Cambridge University Press, 2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[83] MM Wilde, ‘Van klassiek tot kwantum Shannon-theorie’, (2011), arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

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

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

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

[87] J. Miszczak, Z. Puchała en P. Gawron, “Qi-pakket voor analyse van kwantumsystemen”, (2011-).
https://​/​github.com/​iitis/​qi

Geciteerd door

[1] Philipp Strasberg, "Classicaliteit zonder decoherentie: concepten, relatie tot Markovianity, en een benadering van de willekeurige matrixtheorie", arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard en Joseph Schindler, "Alles overal tegelijk: een numerieke demonstratie van de eerste beginselen van opkomende decoherente geschiedenissen", arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] Philipp Strasberg, Andreas Winter, Jochen Gemmer en Jiaozi Wang, “Classiciteit, Markovianiteit en lokaal gedetailleerd evenwicht vanuit pure staatsdynamiek”, arXiv: 2209.07977, (2022).

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

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill en 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 en Kavan Modi, "Equilibratie van meervoudige kwantumprocessen in eindige tijdsintervallen", arXiv: 2112.01099, (2021).

[7] Pengfei Wang, Hyukjoon Kwon, Chun-Yang Luan, Wentao Chen, Mu Qiao, Zinan Zhou, Kaizhao Wang, MS Kim en Kihwan Kim, "Demonstratie van meervoudige kwantumstatistieken zonder terugwerkende kracht van metingen", arXiv: 2207.06106, (2022).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-06-04 12:55:03). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-06-04 12:55:02).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal