1SUPA, École de physique et d'astronomie, Université de St Andrews, St Andrews KY16 9SS, Royaume-Uni
2École de mathématiques et de physique, Université du Queensland, Sainte-Lucie, Queensland 4072, Australie
3Département de physique et SUPA, Université de Strathclyde, Glasgow G4 0NG, Royaume-Uni
Vous trouvez cet article intéressant ou souhaitez en discuter? Scite ou laisse un commentaire sur SciRate.
Abstract
Tracer les degrés de liberté environnementaux est une procédure nécessaire lors de la simulation de systèmes quantiques ouverts. Bien qu'il s'agisse d'une étape essentielle dans la dérivation d'une équation maîtresse traitable, cela représente une perte d'informations. Dans les situations où il existe une forte interaction entre le système et les degrés de liberté environnementaux, cette perte rend difficile la compréhension de la dynamique. Ces dynamiques, prises isolément, n'ont pas de description temporelle locale : elles sont non-Markoviennes et les effets de mémoire induisent des caractéristiques complexes difficiles à interpréter. Pour résoudre ce problème, nous montrons ici comment utiliser les corrélations du système, calculées par n'importe quelle méthode, pour déduire toute fonction de corrélation d'un environnement gaussien, tant que le couplage entre le système et l'environnement est linéaire. Cela permet non seulement de reconstruire la dynamique complète du système et de l'environnement, mais ouvre également des voies pour étudier l'effet d'un système sur son environnement. Afin d'obtenir une dynamique de bain précise, nous exploitons une approche numériquement exacte pour simuler la dynamique du système, qui est basée sur la construction et la contraction d'un réseau de tenseurs qui représente le tenseur de processus de ce système quantique ouvert. En utilisant cela, nous sommes en mesure de trouver exactement n'importe quelle fonction de corrélation du système. Pour démontrer l'applicabilité de notre méthode, nous montrons comment la chaleur se déplace entre les différents modes d'un bain bosonique lorsqu'il est couplé à un système à deux niveaux soumis à un entraînement hors résonance.
► Données BibTeX
► Références
HP Breuerand F. Petruccione "La théorie des systèmes quantiques ouverts" Oxford University Press (2002).
AW Chin, J. Prior, R. Rosenbach, F. Caycedo-Soler, SF Huelga et MB Plenio, "Le rôle des structures vibrationnelles hors équilibre dans la cohérence électronique et la cohérence dans les complexes pigment-protéine" Nat. Phy. 9, 113-118 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2515
M. Thorwart, J. Eckel, JH Reina, P. Nalbach et S. Weiss, « Enchevêtrement quantique amélioré dans la dynamique non markovienne des excitons biomoléculaires » Chem. Phys. Lett. 478, 234-237 (2009).
https:///doi.org/10.1016/j.cplett.2009.07.053
M. Mohseni, A. Shabani, S. Lloyd et H. Rabitz, "Convergence des échelles d'énergie pour un transport quantique optimal et robuste dans les complexes photosynthétiques" J. Chem. Phys. 140, 035102 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4856795
Marco del Rey, Alex W. Chin, Susana F. Huelga et Martin B. Plenio, "Exploitation d'environnements structurés pour un transfert d'énergie efficace : le mécanisme d'antenne phonon" J. Phys. Chim. Lett. 4, 903–907 (2013).
https:///doi.org/10.1021/jz400058a
Christine Maier, Tiff Brydges, Petar Jurcevic, Nils Trautmann, Cornelius Hempel, Ben P. Lanyon, Philipp Hauke, Rainer Blatt et Christian F. Roos, "Environment-Assisted Quantum Transport in a 10-qubit Network" Phys. Rév. Lett. 122, 050501 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.050501
Dvira Segaland Bijay Kumar Agarwalla "Transport de chaleur vibratoire dans les jonctions moléculaires" Ann. Rév. Phys. Chim. 67, 185-209 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-physchem-040215-112103
S. Gröblacher, A. Trubarov, N. Prigge, GD Cole, M. Aspelmeyer et J. Eisert, "Observation of non-Markovian micromechanical brownian motion" Nat. Commun. 6, 7606 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms8606
Anton Potočnik, Arno Bargerbos, Florian AYN Schröder, Saeed A. Khan, Michele C. Collodo, Simone Gasparinetti, Yves Salathé, Celestino Creatore, Christopher Eichler, Hakan E. Türeci, Alex W. Chin et Andreas Wallraff, « Studying light- modèles de récolte avec des circuits supraconducteurs” Nat. Commun. 9, 904 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-018-03312-x
Heng-Na Xiong, Yi Li, Yixiao Huang et Zichun Le, "Cristal photonique avec structure à matrice de cavités infinies" Quant. Inf. & comp. 18, 267-284 (2018).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC18.3-4-6
Inés de Vegaet Daniel Alonso "Dynamique des systèmes quantiques ouverts non-Markoviens" Rev. Mod. Phys. 89, 015001 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.89.015001
HP Breuer, EM Laine, J. Piilo et B. Vacchini, "Colloque : dynamique non-markovienne dans les systèmes quantiques ouverts" Rev. Mod. Phys. 88, 021002 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.88.021002
Mark T Mitchison « Machines à absorption thermique quantique : réfrigérateurs, moteurs et horloges » Contemp. Phys. 60, 164-187 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2019.1631555
F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders et G. Adesso, "Thermodynamique dans le régime quantique" Springer, Cham (2018).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-99046-0
Phys. Rév. X 10, 031040 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031040
Philipp Strasberg, Gernot Schaller, Neill Lambert et Tobias Brandes, "Thermodynamique hors équilibre dans le couplage fort et le régime non markovien basé sur une cartographie des coordonnées de réaction" New J. Phys. 18, 073007 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/7/073007
Gerald D Mahan "Physique à plusieurs particules" Springer Science & Business Media (2013).
Robert Silbey et Robert A. Harris "Calcul variationnel de la dynamique d'un système à deux niveaux interagissant avec un bain" J. Chem. Phys. 80, 2615-2617 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.447055
RA Harrisand R. Silbey « Calcul variationnel du système tunnel en interaction avec un bain de chaleur. II. Dynamique d'un système de tunnellisation asymétrique » J. Chem. Phys. 83, 1069-1074 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.449469
Jozef T Devreese et Alexandre S Alexandrov « Polaron et bipolaron de Fröhlich : développements récents » Rep. Prog. Phys. 72, 066501 (2009).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/6/066501
Alexey Kavokin et Guillaume Malpuech « Polaritons de la cavité » Elsevier (2003).
Peter Kirton et Jonathan Keeling "États superradiants et laser dans les modèles de Dicke pilotés-dissipatifs" New J. Phys. 20, 015009 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aaa11d
Alicia J Kollár, Alexander T Papageorge, Varun D Vaidya, Yudan Guo, Jonathan Keeling et Benjamin L Lev, "Condensation supermode-densité-onde-polariton avec un condensat Bose-Einstein dans une cavité multimode" Nat. Commun. 8, 14386 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms14386
Martin Gärttner, Justin G Bohnet, Arghavan Safavi-Naini, Michael L Wall, John J Bollinger et Ana Maria Rey, "Mesure des corrélations hors de l'ordre du temps et des spectres quantiques multiples dans un aimant quantique à ions piégés" Nat. Phy. 13, 781–786 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys4119
Jun Li, Ruihua Fan, Hengyan Wang, Bingtian Ye, Bei Zeng, Hui Zhai, Xinhua Peng et Jiangfeng Du, "Mesure des corrélateurs hors de l'ordre du temps sur un simulateur quantique de résonance magnétique nucléaire" Phys. Rév. X 7, 031011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031011
Mohamad Niknam, Lea F. Santos et David G. Cory, "Sensibilité de l'information quantique aux perturbations de l'environnement mesurée avec une fonction de corrélation non locale hors de l'ordre du temps" Phys. Rév. Rés. 2, 013200 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013200
Jake Iles-Smith, Neill Lambert et Ahsan Nazir, "Dynamique environnementale, corrélations et émergence d'états d'équilibre non canoniques dans les systèmes quantiques ouverts" Phys. Rév. A 90, 032114 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.90.032114
Jake Iles-Smith, Arend G. Dijkstra, Neill Lambert et Ahsan Nazir, "Transfert d'énergie dans des environnements structurés et non structurés : équations maîtresses au-delà des approximations de Born-Markov" J. Chem. Phys. 144, 044110 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4940218
Neill Lambert, Shahnawaz Ahmed, Mauro Cirio et Franco Nori, "Modélisation du modèle boson de spin ultra-fortement couplé avec des modes non physiques" Nat. Commun. 10, 3721 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-019-11656-1
Lili Zhu, Hao Liu, Weiwei Xie et Qiang Shi, "Corrélation explicite système-bain calculée à l'aide de la méthode des équations hiérarchiques du mouvement" J. Chem. Phys. 137, 194106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4766358
Linze Songand Qiang Shi "Méthode des équations hiérarchiques du mouvement appliquée au transport de chaleur hors d'équilibre dans les jonctions moléculaires modèles : courant de chaleur transitoire et moments d'ordre élevé de l'opérateur de courant" Phys. Rév. B 95, 064308 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.064308
C Schinabeck, R Härtle et M Thoss, "Approche d'équation principale quantique hiérarchique au couplage électronique-vibrationnel dans le transport hors d'équilibre à travers des nanosystèmes : Formulation de réservoir et application aux instabilités vibrationnelles" Phys. Rév. B 97, 235429 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.235429
Maria Popovic, Mark T. Mitchison, Aidan Strathearn, Brendon W. Lovett, John Goold et Paul R. Eastham, "Statistiques quantiques de la chaleur avec les opérateurs de produits matriciels évoluant dans le temps" PRX Quantum 2, 020338 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020338
Massimiliano Esposito, Upendra Harbola et Shaul Mukamel, "Fluctuations hors équilibre, théorèmes de fluctuation et statistiques de comptage dans les systèmes quantiques" Rev. Mod. Phys. 81, 1665 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665
Michael Kilgour, Bijay Kumar Agarwalla et Dvira Segal, "Méthodologie de l'intégrale de chemin et simulations du transport thermique quantique : Approche statistique de comptage complet" J. Chem. Phys. 150, 084111 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5084949
Javier Prior, Alex W. Chin, Susana F. Huelga et Martin B. Plenio, "Simulation efficace des interactions système-environnement fortes" Phys. Rév. Lett. 105, 050404 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.050404
Dario Tamascelli "Dynamique d'excitation dans les environnements cartographiés en chaîne" Entropy 22, 1320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22111320
Florian AYN Schröder et Alex W Chin "Simulation de la dynamique quantique ouverte avec des états de produits matriciels variationnels dépendant du temps : vers une corrélation microscopique de la dynamique de l'environnement et une évolution réduite du système" Phys. Rév. B 93, 075105 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.93.075105
C Gonzalez-Ballestero, Florian AYN Schröder et Alex W Chin, "Découverte de la dynamique non perturbative du modèle de boson de spin sub-ohmique biaisé avec des états de produit de matrice variationnelle" Phys. Rév. B 96, 115427 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.96.115427
A. Strathearn, P. Kirton, D. Kilda, J. Keeling et BW Lovett, "Efficient non-Markovian quantum dynamics using time-evolving matrix product operators" Nat. Commun. 9, 3322 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05617-3
Yiu-Fung Chiu, Aidan Strathearn et Jonathan Keeling, "Évaluation numérique et robustesse de l'état de Gibbs à force moyenne quantique" (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012204
Phys. Rév. Lett. 123, 240602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.240602
Gerald E. Fux, Eoin P. Butler, Paul R. Eastham, Brendon W. Lovett et Jonathan Keeling, "Exploration efficace de l'espace de paramètres hamiltonien pour un contrôle optimal des systèmes quantiques ouverts non markoviens" Phys. Rév. Lett. 126, 200401 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.200401
Dominic Gribben, Aidan Strathearn, Jake Iles-Smith, Dainius Kilda, Ahsan Nazir, Brendon W Lovett et Peter Kirton, "Dynamique quantique exacte dans des environnements structurés" Phys. Rév. Rés. 2, 013265 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013265
Felix A. Pollock, César Rodríguez-Rosario, Thomas Frauenheim, Mauro Paternostro et Kavan Modi, « Processus quantiques non markoviens : cadre complet et caractérisation efficace » Phys. Rév. A 97, 012127 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.012127
AJ Leggett, S. Chakravarty, AT Dorsey, Matthew PA Fisher, Anupam Garg et W. Zwerger, "Dynamique du système dissipatif à deux états" Rev. Mod. Phys. 59, 1–85 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.59.1
Shaul Mukamel "Principes de la spectroscopie optique non linéaire" Oxford University Press, New York (1995).
RP Feynmanand FL Vernon « La théorie d'un système quantique général interagissant avec un système dissipatif linéaire » Ann. Phys. 24, 118–173 (1963).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(63)90068-X
https:///www.sciencedirect.com/science/article/pii/000349166390068X
Mihail Silaev, Tero T. Heikkilä et Pauli Virtanen, "Approche de l'équation de Lindblad pour les statistiques de comptage complet du travail et de la chaleur dans les systèmes quantiques entraînés" Phys. Rév. E 90, 022103 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.022103
La collaboration TEMPO « OQuPy : un package Python 3 pour calculer efficacement les systèmes quantiques ouverts non-Markoviens » (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.4428316
https:///oqupy.readthedocs.io
Nancy Makriand Dmitrii E. Makarov « Propagateur de tenseur pour l'évolution temporelle quantique itérative de matrices à densité réduite. I. Théorie” J. Chem. Phys. 102, 4600–4610 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.469508
Aidan Strathearn "Modélisation de systèmes quantiques non markoviens à l'aide de réseaux de tenseurs" Springer Nature (2020).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54975-6
Román Orús "Une introduction pratique aux réseaux de tenseurs : États de produits matriciels et états de paires intriquées projetées" Ann. Phys. 349, 117-158 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2014.06.013
Ulrich Schollwöck "Le groupe de renormalisation de matrice de densité à l'âge des états de produits matriciels" Ann. Phys. 326, 96-192 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2010.09.012
Nancy Makriand Dmitrii E. Makarov « Propagateur de tenseur pour l'évolution temporelle quantique itérative de matrices à densité réduite. II. Méthodologie numérique » J. Chem. Phys. 102, 4611–4618 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.469509
M. Cygorek, M. Cosacchi, A. Vagov, VM Axt, BW Lovett, J. Keeling et EM Gauger, "Simulations numériquement exactes de systèmes quantiques ouverts arbitraires utilisant la compression automatisée des environnements" (2021).
https://doi.org/10.1038/s41567-022-01544-9
Ulrich Weiss « Systèmes dissipatifs quantiques » Scientifique mondial (2012).
Ahsan Nazirand Dara PS McCutcheon "Modélisation des interactions exciton-phonon dans des points quantiques à commande optique" J. Phys.: Condens. Affaire 28, 103002 (2016).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/10/103002
S. Rackovsky et R. Silbey "Transfert d'énergie électronique dans les solides impurs : I. Deux molécules noyées dans un réseau" Mol. Phys. 25, 61–72 (1973).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268977300100081
Phys. Rév. Lett. 110, 113601 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.113601
Je. Yeo, PL. de Assis, A. Gloppe, E. Dupont-Ferrier, P. Verlot, NS Malik, E. Dupuy, J. Claudon, JM. Gérard, A. Auffèves, G. Nogues, S. Seidelin, J-Ph. Poizat, O. Arcizet et M. Richard, "Couplage médié par la contrainte dans un système hybride point quantique-oscillateur mécanique" Nat. Nanotech. 9, 106 EP–(2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2013.274
Emil Rozbickiand Paweł Machnikowski "Théorie cinétique quantique du transfert d'excitation assisté par phonon dans les molécules de points quantiques" Phys. Rév. Lett. 100, 027401 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.027401
Gerald E. Fux, Dainius Kilda, Brendon W. Lovett et Jonathan Keeling, "Thermalisation d'une chaîne de spin fortement couplée à son environnement" (2022).
arXiv: 2201.05529
Dominic Gribben, Dominic M. Rouse, Jake Iles-Smith, Aidan Strathearn, Henry Maguire, Peter Kirton, Ahsan Nazir, Erik M. Gauger et Brendon W. Lovett, "Dynamique exacte des environnements non additifs dans les systèmes quantiques ouverts non markoviens" PRX Quantique 3, 010321 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010321
Bogna Bylicka, D Chruściński et Sci Maniscalco, "Non-Markovianité et mémoire de réservoir des canaux quantiques : une perspective de théorie de l'information quantique" Sci. Rep. 4, 5720 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep05720
Guo-Yong Xiang, Zhi-Bo Hou, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo, Heinz-Peter Breuer, Elsi-Mari Laine et Jyrki Piilo, « Distribution de l'enchevêtrement dans les fibres optiques assistée par des effets de mémoire non locaux » EPL 107, 54006 (2014).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/107/54006
Daniel M Reich, Nadav Katz et Christiane P Koch, "Exploitation de la non-Markovianité pour le contrôle quantique" Sci. Rep. 5, 12430 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep12430
Cité par
[1] Dominic Gribben, Dominic M. Rouse, Jake Iles-Smith, Aidan Strathearn, Henry Maguire, Peter Kirton, Ahsan Nazir, Erik M. Gauger et Brendon W. Lovett, "Exact Dynamics of Nonadditive Environments in Non-Markovian Open Systèmes quantiques », PRX Quantique 3 1, 010321 (2022).
[2] Dragomir Davidovic, "Équation systématique de Gorini, Kossakowski, Sudarshan et Lindblad pour les systèmes quantiques ouverts", arXiv: 2112.07863.
[3] Yiu-Fung Chiu, Aidan Strathearn et Jonathan Keeling, "Évaluation numérique et robustesse de l'état de Gibbs à force moyenne quantique", Examen physique A 106 1, 012204 (2022).
[4] Piper Fowler-Wright, Brendon W. Lovett et Jonathan Keeling, "Efficient many-body non-Markovian dynamics of organic polaritons", arXiv: 2112.09003.
[5] Ruofan Chen, "Courant de chaleur dans les systèmes ouverts non markoviens", arXiv: 2207.00864.
Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2022-10-25 13:42:51). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.
Impossible de récupérer Données de référence croisée lors de la dernière tentative 2022-10-25 13:42:49: Impossible de récupérer les données citées par 10.22331 / q-2022-10-25-847 de Crossref. C'est normal si le DOI a été enregistré récemment.
Cet article est publié dans Quantum sous le Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) Licence. Le droit d'auteur reste la propriété des détenteurs d'origine tels que les auteurs ou leurs institutions.
