Thư giãn thống kê đa thời gian trong các hệ thống lượng tử

Thư giãn thống kê đa thời gian trong các hệ thống lượng tử

Dấu thời gian: ngày 1 tháng 2023 năm 8 30:XNUMX sáng
Nút nguồn: 2699820

Neil Dowling1, Pedro Figueroa-Romero2, Felix A. Pollock1, Philipp Giorgberg3, và Kavan Modi1

1Trường Vật lý & Thiên văn học, Đại học Monash, Victoria 3800, Australia
2Trung tâm Nghiên cứu Điện toán Lượng tử Hon Hai, Đài Bắc, Đài Loan
3Física Teòrica: Informació i Fenòmens Quà tặng, Departament de Física, Đại học Autònoma de Barcelona, ​​08193 Bellaterra (Barcelona), Tây Ban Nha

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Cơ học thống kê cân bằng cung cấp các công cụ mạnh mẽ để hiểu vật lý ở cấp độ vĩ mô. Tuy nhiên, câu hỏi vẫn là làm thế nào điều này có thể được chứng minh dựa trên mô tả lượng tử vi mô. Ở đây, chúng tôi mở rộng các ý tưởng về cơ học thống kê lượng tử trạng thái thuần túy, tập trung vào thống kê thời gian đơn lẻ, để chỉ ra sự cân bằng của các quá trình lượng tử bị cô lập. Cụ thể, chúng tôi chỉ ra rằng hầu hết các vật thể quan sát đa thời gian trong thời gian đủ lớn không thể phân biệt quá trình không cân bằng với quá trình cân bằng, trừ khi hệ thống được thăm dò trong một số lần cực lớn hoặc vật thể quan sát đặc biệt chi tiết. Một hệ quả tất yếu của các kết quả của chúng tôi là quy mô của phi Markovianity và các đặc điểm đa thời gian khác của một quá trình không cân bằng cũng cân bằng.

Hình ảnh nổi bật: Một giá trị kỳ vọng đa thời gian tùy ý, phụ thuộc vào thời gian $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Upsilon} (Delta t_1,dots,Delta t_k ) $ được hiển thị (trên cùng), giá trị này có thể được tính toán từ một quy trình lượng tử tensor $Upsilon$, bao gồm các siêu toán tử tiến hóa đơn nhất $mathcal{U}_i$ và một số trạng thái ban đầu $rho$. Đối với một hệ thống có trạng thái ban đầu trùng lặp đáng kể với nhiều trạng thái riêng năng lượng, nếu hệ thống không được thăm dò quá nhiều lần $k$, chúng tôi cho thấy rằng trung bình hàm tương quan đa thời gian này không thể phân biệt được với một đại lượng cân bằng độc lập với thời gian (dưới cùng), $langle textbf{A}_textbf{k} rangle_{Omega}$.

Tóm tắt phổ biến

Tại sao các thuộc tính vĩ mô của một hệ thống nhiều cơ thể thường gần như đứng yên mặc dù trạng thái sai chính xác liên tục phát triển? Có một niềm tin phổ biến rằng chỉ riêng cơ học lượng tử là đủ để rút ra cơ học thống kê mà không cần thêm bất kỳ giả định nào. Một phần quan trọng của câu đố này là xác định cách một người có thể quan sát các đại lượng đứng yên trong một hệ lượng tử cô lập. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ ra rằng các giá trị kỳ vọng đa thời gian nhìn trung bình có vẻ ổn định trong các hệ thống lớn, khi trạng thái ban đầu không được tinh chỉnh cao và khi điều có thể quan sát được là thô cả về không gian và thời gian. Điều này có nghĩa là các tính năng đa thời gian có liên quan, chẳng hạn như dung lượng bộ nhớ trong hệ thống lượng tử, nhìn chung không phụ thuộc vào thời gian chính xác được thăm dò.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] A. Rivas và SF van Huelga, Hệ thống lượng tử mở (Springer-Verlag, 2012).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-23354-8

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

[3] N. Pottier, Nonequilibrium Statistical Physics: Linear Ireversible Processes, Oxford Graduate Texts (Oxford University Press, 2010).

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

[5] U. Weiss, Quantum Dissipative Systems, 4th ed. (Khoa học Thế giới, 2012).
https: / / doi.org/ 10.1142 / 8334

[6] G. Stefanucci và R. van Leeuwen, Nonequilibrium Many-Body Theory of Quantum Systems: A Modern Introduction (Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2013).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139023979

[7] M. Lax, Phys. L. 157, 213 (1967).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev157.213

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

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

[10] L. Li, MJ Hall, và HM Wiseman, Phys. Rep. 759, 1 (2018), các khái niệm về phi Markovianity lượng tử: Một hệ thống phân cấp.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physrep.2018.07.001

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

[12] S. Milz và 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 và K. Modi, “Cân bằng các quá trình lượng tử phi markovian trong những khoảng thời gian hữu hạn,” (2021), arXiv:2112.01099 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2112.01099
arXiv: 2112.01099

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

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

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

[17] P. Bocchieri và A. Loinger, Phys. T. 107, 337 (1957).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev107.337

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

[19] LC Venuti, “Thời gian tái diễn trong cơ học lượng tử,” (2015), arXiv:1509.04352 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1509.04352
arXiv: 1509.04352

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

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

[22] P. Figueroa-Romero, FA Pollock, và K. Modi, Cộng sản. vật lý. 4, 127 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s42005-021-00629-w

[23] J. Gemmer, M. Michel, và G. Mahler, Nhiệt động lực học lượng tử: Sự xuất hiện của hành vi nhiệt động lực học trong các hệ thống lượng tử hỗn hợp, Ghi chú bài giảng Vật lý (Springer Berlin Heidelberg, 2009).
https: / / doi.org/ 10.1007 / b98082

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

[25] T. Mori, TN Ikeda, E. Kaminishi, và M. Ueda, J. Phys. Con dơi. mol. Opt. 51, 112001 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088/1361-6455 / aabcdf

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

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

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

[29] AJ ngắn, J. Vật lý mới. 13, 053009 (2011).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​13/​5/​053009

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

[31] EB Davies và JT Lewis, Cộng đồng. Toán học. vật lý. 17, 239 (1970).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF01647093

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

[33] L. Hardy, J. Vật lý. A-Toán. lý thuyết. 40, 3081 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​40/​12/​s12

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

[35] L. Hardy, “Thuyết tương đối rộng hoạt động: Khả năng, xác suất và lượng tử,” (2016), arXiv:1608.06940 [gr-qc].
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.1608.06940
arXiv: 1608.06940

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

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

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

[39] C. Portmann, C. Matt, U. Maurer, R. Renner và B. Tackmann, Giao dịch của IEEE về Lý thuyết thông tin 63, 3277 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2017.2676805

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

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

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

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

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

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

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

[48] V. Chernyak, F. cv Šanda, và S. Mukamel, Phys. Linh mục 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, và GR Fleming, Nature 446, 782 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên05678

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

[51] E. Moreva, M. Gramegna, G. Brida, L. Maccone và 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, và 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, và 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, và 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 và K. Modi, “Từ vật lý nhiều vật đến vật lý nhiều thời gian,” (2022), arXiv:2107.13934 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.2107.13934
arXiv: 2107.13934

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

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

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

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

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

[61] FGSL Brandão, E. Crosson, MB Şahinoğlu, và J. Bowen, Phys. Mục sư 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. Linh mục E 50, 888 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.50.888

[64] M. Srednicki, J. Vật lý. A-Toán. Tướng 32, 1163 (1999).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​32/​7/​007

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

[66] M. Rigol, V. Dunjko, và M. Olshanii, Nature 452, 854 EP (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên06838

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

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

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

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

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

[73] Alexei Kitaev, “Hội nghị chuyên đề vật lý cơ bản về giải thưởng đột phá năm 2015,” url: https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3 (2014).
https://​/​breakthroughprize.org/​Laureates/​1/​L3

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

[75] N. Dowling và K. Modi, “Sự hỗn loạn lượng tử = sự vướng víu không gian thời gian theo quy luật âm lượng,” (2022), arXiv:2210.14926 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.48550 / ARXIV.2210.14926
arXiv: 2210.14926

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

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

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

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

[80] H. Wilming, TR de Oliveira, AJ Short và J. Eisert, “Thời gian cân bằng trong các hệ nhiều vật lượng tử khép kín,” trong Nhiệt động lực học trong Chế độ Lượng tử: Các khía cạnh cơ bản và Hướng đi mới, do F. Binder, LA Correa biên tập, C. Gogolin, J. Anders, và G. Adesso (Nhà xuất bản Quốc tế Springer, Cham, 2018) trang 435–455.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0_18

[81] S. Milz, FA Pollock, và K. Modi, Open Syst. thông tin liên lạc Dyn. 24, 1740016 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1142 / S1230161217400169

[82] J. Watrous, The Theory of Quantum Information (Nhà xuất bản Đại học Cambridge, 2018).
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316848142

[83] MM Wilde, “Từ lý thuyết cổ điển đến lượng tử Shannon,” (2011), arXiv:1106.1445 [quant-ph].
https: / / doi.org/ 10.1017 / 9781316809976.001
arXiv: 1106.1445

[84] J. Watrous, Quantum Inf. Điện toán. 5 (2004), 10.26421/​QIC5.1-6.
https: / â € trận / â € doi.org/â $$$ 10.26421 / â € QIC5.1-6

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

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

[87] J. Miszczak, Z. Puchała và P. Gawron, “Gói Qi để phân tích các hệ lượng tử,” (2011-).
https://​/​github.com/​iitis/​qi

Trích dẫn

[1] Philipp Strasberg, “Tính cổ điển với (không) sự rời rạc: Các khái niệm, mối quan hệ với Markovianity và cách tiếp cận lý thuyết ma trận ngẫu nhiên”, arXiv: 2301.02563, (2023).

[2] Philipp Strasberg, Teresa E. Reinhard và Joseph Schindler, “Mọi thứ ở mọi nơi cùng một lúc: Một minh chứng bằng số về những nguyên tắc đầu tiên của lịch sử trang trí mới nổi”, arXiv: 2304.10258, (2023).

[3] Philipp Strasberg, Andreas Winter, Jochen Gemmer và Jiaozi Wang, “Tính cổ điển, Markovianity và sự cân bằng chi tiết cục bộ từ động lực trạng thái thuần túy”, arXiv: 2209.07977, (2022).

[4] Neil Dowling và Kavan Modi, “Sự hỗn loạn lượng tử = Sự vướng víu không gian thời gian theo quy luật khối lượng”, arXiv: 2210.14926, (2022).

[5] IA Aloisio, GAL White, CD Hill và K. Modi, “Độ phức tạp lấy mẫu của các hệ thống lượng tử mở”, PRX lượng tử 4 2, 020310 (2023).

[6] Neil Dowling, Pedro Figueroa-Romero, Felix A. Pollock, Philipp Strasberg và Kavan Modi, “Cân bằng các quá trình lượng tử đa thời gian trong khoảng thời gian hữu hạn”, arXiv: 2112.01099, (2021).

[7] Pengfei Wang, Hyukjoon Kwon, Chun-Yang Luan, Wentao Chen, Mu Qiao, Zinan Zhou, Kaizhao Wang, MS Kim, và Kihwan Kim, “Biểu diễn thống kê lượng tử đa thời gian mà không đo phản ứng ngược”, arXiv: 2207.06106, (2022).

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2023 / 06-04 12:55:03). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2023 / 06-04 12:55:02).

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử