Avslapping av flertidsstatistikk i kvantesystemer

Avslapping av flertidsstatistikk i kvantesystemer

Tidsstempel: 1. juni 2023 8:30
Kilde node: 2699820

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

1School of Physics & Astronomy, Monash University, Victoria 3800, Australia
2Hon Hai Quantum Computing Research Center, Taipei, Taiwan
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Spania

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Statistisk likevektsmekanikk gir kraftige verktøy for å forstå fysikk på makroskala. Likevel gjenstår spørsmålet hvordan dette kan rettferdiggjøres basert på en mikroskopisk kvantebeskrivelse. Her utvider vi ideene til ren statistisk kvantestatistisk mekanikk, som fokuserer på enkelttidsstatistikk, for å vise ekvilibrering av isolerte kvanteprosesser. Vi viser nemlig at de fleste multitime observerbare for tilstrekkelig store tider ikke kan skille en ikke-likevektsprosess fra en likevektsprosess, med mindre systemet er undersøkt et ekstremt stort antall ganger eller det observerbare er spesielt finkornet. En konsekvens av resultatene våre er at størrelsen på ikke-markovianitet og andre multitidskarakteristikker ved en ikke-likevektsprosess også kommer i likevekt.

Utvalgt bilde: En vilkårlig, tidsavhengig flertidsforventningsverdi $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, dots,Delta t_k ) $ vises (øverst), som kan beregnes fra en kvanteprosess tensor $Upsilon$, sammensatt av enhetlige evolusjonssuperoperatorer $mathcal{U}_i$ og noen starttilstand $rho$. For et system hvor starttilstanden overlapper betydelig med mange energiegentilstander, hvis systemet ikke undersøkes for mange ganger $k$, viser vi at i gjennomsnitt er denne multitidskorrelasjonsfunksjonen umulig å skille fra en tidsuavhengig likevektsmengde (nederst), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Populært sammendrag

Hvorfor er makroskopiske egenskaper til et system med mange kropper vanligvis tilnærmet stasjonære til tross for at den nøyaktige miskrostaten stadig utvikler seg? Det er en utbredt oppfatning at kvantemekanikk alene burde være nok til å utlede statistisk mekanikk, uten noen ytterligere forutsetninger. En sentral del av dette puslespillet er å bestemme hvordan man kan observere stasjonære mengder i et isolert kvantesystem. I dette arbeidet viser vi at multitime forventningsverdier ser stasjonære ut i gjennomsnitt i store systemer, når starttilstanden ikke er veldig finjustert og når det observerbare er grovt i både rom og tid. Dette betyr at relevante multitidsfunksjoner, for eksempel mengden minne i kvantesystemet, er generisk uavhengige av de eksakte tidene som er undersøkt.

► BibTeX-data

► Referanser

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

[2] I. Rotter og J.P. 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. utg. (World Scientific, 2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 8334

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

[10] L. Li, M. J. Hall og H. M. Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), konsepter om kvante-ikke-markovianitet: Et hierarki.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2018.07.001

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

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

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

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

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

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

[19] L. C. Venuti, "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] EN. M. Alhambra, J. Riddell og L.P. García-Pintos, Phys. Rev. Lett. 124, 110605 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.110605

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

[23] J. Gemmer, M. Michel og G. Mahler, Kvantetermodynamikk: Fremkomst av termodynamisk oppførsel innen sammensatte kvantesystemer, forelesningsnotater i fysikk (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / b98082

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

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

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

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

[28] H. Tasaki, fys. 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 og JT Lewis, Commun. Matte. Phys. 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

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

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

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

[35] L. Hardy, "Operasjonell generell relativitet: 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 og F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP09 (2018) 093

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

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

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

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

[44] P. Strasberg og 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 og 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, M.B. Plenio, A. Smirne og S.F. Huelga, Phys. Rev. X 10, 041049 (2020b).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.041049

[48] V. Chernyak, F. c. v. Šanda, og S. Mukamel, Phys. Rev. E 73, 036119 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.73.036119

[49] G.S. Engel, T.R. Calhoun, E.L. Read, T.-K. Ahn, T. Mančal, Y.-C. Cheng, R. E. Blankenship og G. R. Fleming, Nature 446, 782 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature05678

[50] F. Krumm, J. Sperling og 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 og M. Genovese, Phys. Rev. D 96, 102005 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.96.102005

[52] H. G. Duan, V. I. Prokhorenko, R. J. Cogdell, K. Ashraf, A. L. Stevens, M. Thorwart og R. J. D. Miller, Proc Natl Acad Sci U S A 114, 8493 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1702261114

[53] M. Ringbauer, F. Costa, M. E. Goggin, A. G. White og A. Fedrizzi, npj Quantum Information 4, 37 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-018-0086-y

[54] G. A. L. White, C. D. Hill, F. A. Pollock, L. C. L. Hollenberg og 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 og K. Modi, "Fra mange-kropper til mange ganger fysikk," (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13934
arxiv: 2107.13934

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

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

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

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

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

[61] F.G.S.L. Brandão, E. Crosson, M.B. Şahinoğlu og J. Bowen, Phys. Rev. Lett. 123, 110502 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.110502

[62] J.M. Deutsch, Phys. Rev. A 43, 2046 (1991).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.43.2046

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

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

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

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

[67] C. J. Turner, A. A. Michailidis, D. A. Abanin, M. Serbyn og Z. Papić, Nat. Phys. 14, 745 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-018-0137-5

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

[69] J. Richter, J. Gemmer og 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, F. A. Pollock, K. Modi og 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 og F. A. 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, M. M. Parish, F. A. Pollock og K. Modi, Phys. Rev. Lett. 128, 150601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.150601

[75] N. Dowling og K. Modi, "Quantum chaos = volum-lov spatiotemporal entanglement," (2022), arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2210.14926
arxiv: 2210.14926

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

[77] A. J. Short og T. C. Farrelly, New J. Phys. 14, 013063 (2012).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​14/​1/​013063

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

[79] A.S.L. Malabarba, L.P. García-Pintos, N. Linden, T.C. Farrelly og A.J. 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 og J. Eisert, "Equilibration times in closed quantum many-body systems," i Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions, redigert av F. Binder, L. A. Correa, C. Gogolin, J. Anders og G. Adesso (Springer International Publishing, Cham, 2018) s. 435–455.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0_18

[81] S. Milz, F. A. Pollock og K. Modi, Open Syst. Inf. 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] 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, F.A. Pollock og K. Modi, Phys. Rev. A 99, 042108 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.042108

[86] W. R. Inc., "Mathematica, versjon 12.3.1," Champaign, IL, 2021.

[87] J. Miszczak, Z. Puchała og P. Gawron, "Qi-pakke for analyse av kvantesystemer," (2011-).
https://​/​github.com/​iitis/​qi

Sitert av

[1] Philipp Strasberg, "Klassiskitet uten (uten) dekoherens: begreper, relasjon til markovianitet og en tilfeldig matriseteori-tilnærming", arxiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard og 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 og Jiaozi Wang, "Klassiskitet, markovianitet og lokal detaljert balanse fra ren tilstandsdynamikk", arxiv: 2209.07977, (2022).

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

[5] I. A. Aloisio, G. A. L. White, C. D. Hill og 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 og 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 og Kihwan Kim, "Demonstrasjon av multi-time kvantestatistikk uten måling tilbake-handling", arxiv: 2207.06106, (2022).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-06-04 12:55:03). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-06-04 12:55:02).

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal