Relaxarea statisticilor multitimp în sistemele cuantice

Relaxarea statisticilor multitimp în sistemele cuantice

Marca temporală: 1 iunie 2023 8:30
Nodul sursă: 2699820

Neil Dowling1, Pedro Figueroa-Romero2, Felix A. Pollock1, Philipp Strasberg3și Kavan Modi1

1Școala de Fizică și Astronomie, Universitatea Monash, Victoria 3800, Australia
2Centrul de Cercetare în calcul cuantic Hon Hai, Taipei, Taiwan
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quàntics, Departament de Física, Universitat Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Spania

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Mecanica statistică de echilibru oferă instrumente puternice pentru a înțelege fizica la scară macro. Cu toate acestea, întrebarea rămâne cum poate fi justificat acest lucru pe baza unei descrieri cuantice microscopice. Aici, extindem ideile de mecanică statistică cuantică în stare pură, care se concentrează pe statisticile cu timp unic, pentru a arăta echilibrarea proceselor cuantice izolate. Și anume, arătăm că majoritatea observabilelor multitime pentru timpi suficient de mari nu pot distinge un proces de neechilibru de unul de echilibru, cu excepția cazului în care sistemul este sondat de un număr extrem de mare de ori sau observabilul este deosebit de fin. Un corolar al rezultatelor noastre este că dimensiunea non-Markovianității și alte caracteristici multitime ale unui proces de neechilibru se echilibrează.

Imagine prezentată: este afișată (sus) o valoare arbitrară, dependentă de timp de așteptare $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1, dots,Delta t_k ) $, care poate fi calculată dintr-un proces cuantic tensor $Upsilon$, compus din superoperatori de evoluție unitară $mathcal{U}_i$ și o stare inițială $rho$. Pentru un sistem în care starea inițială se suprapune semnificativ cu multe stări proprii de energie, dacă sistemul nu este sondat de prea multe ori $k$, arătăm că, în medie, această funcție de corelație multitimp nu se poate distinge de o mărime de echilibru independentă de timp (de jos), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Rezumat popular

De ce proprietățile macroscopice ale unui sistem cu mai multe corpuri sunt, de obicei, aproximativ staționare, în ciuda stării eronate exacte care evoluează constant? Este o credință larg răspândită că numai mecanica cuantică ar trebui să fie suficientă pentru a deriva mecanica statistică, fără presupuneri suplimentare. O piesă cheie a acestui puzzle este determinarea modului în care se pot observa cantități staționare într-un sistem cuantic izolat. În această lucrare, arătăm că valorile așteptărilor multitime par staționare în medie în sistemele mari, când starea inițială nu este reglată foarte fin și când observabilul este grosier atât în ​​spațiu, cât și în timp. Aceasta înseamnă că caracteristicile multitime relevante, cum ar fi cantitatea de memorie din sistemul cuantic, sunt în mod generic independente de timpii exacti sondați.

► Date BibTeX

► Referințe

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

[2] I. Rotter și JP Bird, Rep. Prog. Fiz. 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. Fiz. 29, 255 (1966).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​29/​1/​306

[5] U. Weiss, Sisteme cuantice disipative, ed. a 4-a. (World Scientific, 2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 8334

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

[10] L. Li, MJ Hall și HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), concepte de non-markovianitate cuantică: O ierarhie.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2018.07.001

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

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

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

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

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

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

[19] LC Venuti, „Timpul de recurență în mecanica cuantică”, (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] A. M. Alhambra, J. Riddell și LP García-Pintos, Phys. Rev. Lett. 124, 110605 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.110605

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

[23] J. Gemmer, M. Michel și G. Mahler, Termodinamică cuantică: Apariția comportamentului termodinamic în cadrul sistemelor cuantice compozite, Note de curs în fizică (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / b98082

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

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

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

[27] G. Chiribella, GM D'Ariano și 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. Fiz. 2, 669 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-020-0237-x

[31] EB Davies și JT Lewis, Comun. Matematică. Fiz. 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

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

[33] L. Hardy, J. Phys. A-Matematică. 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, „Relativitatea generală operațională: posibilistică, probabilistică și cuantică”, (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 și F. Wilczek, J. High Energy Phys. 2018, 93 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1007 / JHEP09 (2018) 093

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

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

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

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

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

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

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

[50] F. Krumm, J. Sperling și 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 și 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 și 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 și 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 și 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 și 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 și J. Gemmer, Phys. Rev. E 101, 062205 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.101.062205

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[80] H. Wilming, TR de Oliveira, AJ Short și J. Eisert, „Timpii de echilibrare în sisteme cu mult-corpi închise”, în Thermodynamics in the Quantum Regime: Fundamental Aspects and New Directions, editat de F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders și 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 și K. Modi, Open Syst. Inf. Din. 24, 1740016 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S1230161217400169

[82] J. Watrous, Theory of Quantum Information (Cambridge University Press, 2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[83] MM Wilde, „De la teoria clasică la teoria cuantică Shannon”, (2011), arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

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

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

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

[87] J. Miszczak, Z. Puchała și P. Gawron, „Pachetul Qi pentru analiza sistemelor cuantice”, (2011-).
https://​/​github.com/​iitis/​qi

Citat de

[1] Philipp Strasberg, „Clasicitatea cu (fără) decoerență: Concepte, relație cu Markovianitatea și o abordare aleatoare a teoriei matricei”, arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard și Joseph Schindler, „Everything Everywhere All At Once: A First Principles Numerical Demonstration of Emergent Decoerent Histories”, arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] Philipp Strasberg, Andreas Winter, Jochen Gemmer și Jiaozi Wang, „Clasicitatea, Markovianitatea și echilibrul detaliat local din dinamica pură a stării”, arXiv: 2209.07977, (2022).

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

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill și 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 și Kavan Modi, „Echilibration 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 și Kihwan Kim, „Demonstration of multi-time quantum statistics without measurement back-action”, arXiv: 2207.06106, (2022).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-06-04 12:55:03). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-06-04 12:55:02).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic