Relaksacja statystyk wieloczasowych w systemach kwantowych

Relaksacja statystyk wieloczasowych w systemach kwantowych

Znacznik czasu: 1 czerwca 2023 8:30
Węzeł źródłowy: 2699820

Neila Dowlinga1, Pedro Figueroa-Romero2, Felix A. Pollock1, Philippa Strasberga3i Kavana Modiego1

1Szkoła Fizyki i Astronomii, Uniwersytet Monash, Victoria 3800, Australia
2Hon Hai Quantum Computing Research Center, Tajpej, Tajwan
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Hiszpania

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Równowagowa mechanika statystyczna zapewnia potężne narzędzia do zrozumienia fizyki w makroskali. Pozostaje jednak pytanie, jak można to uzasadnić na podstawie mikroskopowego opisu kwantowego. W tym miejscu rozszerzamy idee kwantowej mechaniki statystycznej stanu czystego, które skupiają się na statystykach jednoczasowych, aby pokazać równowagę izolowanych procesów kwantowych. Mianowicie pokazujemy, że większość obserwacji wielokrotnych przez wystarczająco długi czas nie jest w stanie odróżnić procesu nierównowagowego od procesu równowagowego, chyba że układ jest sondowany niezwykle dużą liczbę razy lub obserwowalność jest szczególnie drobnoziarnista. Konsekwencją naszych wyników jest to, że wielkość niemarkowiaństwa i inne wieloczasowe cechy procesu nierównowagowego również się równoważą.

Wyróżniony obraz: dowolna, zależna od czasu wielokrotna wartość oczekiwana $lange tekstbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, kropki,Delta t_k ) Pokazana jest (na górze) $, którą można obliczyć w procesie kwantowym tensor $Upsilon$, złożony z superoperatorów ewolucji unitarnej $mathcal{U}_i$ i pewnego stanu początkowego $rho$. W przypadku układu, w którym stan początkowy w znacznym stopniu pokrywa się z wieloma stanami własnymi energii, jeśli system nie zostanie zbadany zbyt wiele razy $k$, pokażemy, że średnio ta wielokrotna funkcja korelacji jest nie do odróżnienia od niezależnej od czasu wielkości równowagi (na dole), $lange tekstbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Popularne podsumowanie

Dlaczego makroskopowe właściwości układu wielu ciał są zwykle w przybliżeniu stacjonarne, mimo że dokładny nieprawidłowy stan stale ewoluuje? Powszechnie panuje przekonanie, że sama mechanika kwantowa powinna wystarczyć do wyprowadzenia mechaniki statystycznej, bez żadnych dodatkowych założeń. Kluczowym elementem tej układanki jest określenie, w jaki sposób można obserwować wielkości stacjonarne w izolowanym układzie kwantowym. W tej pracy pokazujemy, że wieloczasowe wartości oczekiwane wyglądają średnio stacjonarnie w dużych systemach, gdy stan początkowy nie jest wysoce dostrojony i gdy obserwowalność jest zgrubna zarówno w przestrzeni, jak i w czasie. Oznacza to, że odpowiednie cechy wieloczasowe, takie jak ilość pamięci w systemie kwantowym, są zasadniczo niezależne od dokładnych czasów badania.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] A. Rivas i SF van Huelga, Otwarte systemy kwantowe (Springer-Verlag, 2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-23354-8

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

[3] N. Pottier, Nierównowagowa fizyka statystyczna: procesy liniowe nieodwracalne, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2010).

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

[5] U. Weiss, Quantum Dissipative Systems, wyd. 4. (Świat Naukowy, 2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 8334

[6] G. Stefanucci i R. van Leeuwen, Nierównowagowa teoria wielu ciał w układach kwantowych: nowoczesne wprowadzenie (Cambridge University Press, 2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139023979

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

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

[10] L. Li, MJ Hall i HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), Koncepcje niemarkowiaństwa kwantowego: Hierarchia.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz i 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 i K. Modi, „Equilibration of non-markovian quantum procesów w skończonych odstępach czasu” (2021), arXiv:2112.01099 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

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

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

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

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

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

[19] LC Venuti, „Czas rekurencji w mechanice kwantowej” (2015), arXiv:1509.04352 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1509.04352
arXiv: 1509.04352

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

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

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

[23] J. Gemmer, M. Michel i G. Mahler, Termodynamika kwantowa: pojawienie się zachowania termodynamicznego w złożonych układach kwantowych, notatki z wykładów z fizyki (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / b98082

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

[25] T. Mori, TN Ikeda, E. Kaminishi i M. Ueda, J. Phys. Nietoperz. Mol. Optować. 51, 112001 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6455/​aabcdf

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

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

[28] H. Tasaki, fiz. Wielebny 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. Ks. Fiz. 2, 669 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-020-0237-x

[31] EB Davies i JT Lewis, Commun. Matematyka. Fiz. 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

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

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

[34] L. Hardy, Filos. Spółka TR. A 370, 3385 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2011.0326

[35] L. Hardy, „Ogólna teoria względności operacyjnej: possibilistyczna, probabilistyczna i kwantowa” (2016), arXiv:1608.06940 [gr-qc].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1608.06940
arXiv: 1608.06940

[36] J. Cotler, CM. Jian, X.-L. Qi i F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP09 (2018) 093

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

[38] F. Caruso, V. Giovannetti, C. Lupo i S. Mancini, ks. Mod. Fiz. 86, 1203 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1203

[39] C. Portmann, C. Matt, U. Maurer, R. Renner i B. Tackmann, IEEE Transactions on Information Theory 63, 3277 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2017.2676805

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

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

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

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

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

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

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

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

[50] F. Krumm, J. Sperling i 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 i 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 i 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 i 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 i 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 i K. Modi, „Od wielu ciał do wielu czasów fizyki” (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

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

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

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

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

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

[61] FGSL Brandão, E. Crosson, MB Şahinoğlu i J. Bowen, Phys. Wielebny 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.Średnicki, fiz. Rev. E 50, 888 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.50.888

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

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

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

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

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

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

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

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

[73] Alexei Kitaev, „2015 przełomowa nagroda fundamentalna fizyka sympozjum”, adres URL: https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3 (2014).
https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3

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

[75] N. Dowling i K. Modi, „Chaos kwantowy = splątanie czasoprzestrzenne z prawem objętościowym” (2022), arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https://​/​doi.org/​10.48550/​ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

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

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

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

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

[80] H. Wilming, TR de Oliveira, AJ Short i J. Eisert, „Czasy równowagi w zamkniętych kwantowych układach wielu ciał”, w: Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions, pod redakcją F. Bindera, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders i G. Adesso (Springer International Publishing, Cham, 2018) s. 435–455.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0_18

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

[82] J. Watrous, Teoria informacji kwantowej (Cambridge University Press, 2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[83] MM Wilde, „Od klasycznej do kwantowej teorii Shannona” (2011), arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

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

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

[86] WR Inc., „Mathematica, wersja 12.3.1”, Champaign, IL, 2021.

[87] J. Miszczak, Z. Puchała i P. Gawron, „Pakiet Qi do analizy układów kwantowych” (2011-).
https://​/​github.com/​iitis/​qi

Cytowany przez

[1] Philipp Strasberg, „Klasyczność bez (ze) dekoherencji: koncepcje, związek z markowianizmem i podejście do teorii macierzy losowej”, arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard i Joseph Schindler, „Wszystko wszędzie i na raz: pierwsze zasady Numeryczna demonstracja wyłaniających się dekoherentnych historii”, arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] Philipp Strasberg, Andreas Winter, Jochen Gemmer i Jiaozi Wang, „Klasyczność, Markowialność i lokalna szczegółowa równowaga z czystej dynamiki stanu”, arXiv: 2209.07977, (2022).

[4] Neil Dowling i Kavan Modi, „Chaos kwantowy = splątanie czasoprzestrzenne według prawa objętości”, arXiv: 2210.14926, (2022).

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill i 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 i 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 i Kihwan Kim, „Demonstration of multi-time quantum statystyk bez pomiaru wstecznego działania”, arXiv: 2207.06106, (2022).

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2023-06-04 12:55:03). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2023-06-04 12:55:02).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy