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環境を使用して非マルコフのオープン量子システムを理解する

ドミニク・グリベン1、エイダン・ストラザーン2、ジェラルド・E・フックス1、ピーター・カートン3、およびブレンドン・W・ラベット1

1SUPA, School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, St Andrews KY16 9SS, イギリス
2クイーンズランド大学数学物理学部、セントルシア、クイーンズランド 4072、オーストラリア
3英国グラスゴー G4 0NG ストラスクライド大学物理学部および SUPA

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抽象

環境の自由度を追跡することは、開放量子系をシミュレートするときに必要な手順です。 扱いやすいマスター方程式を導き出す上で不可欠なステップである一方で、それは情報の損失を意味します。 システムと環境の自由度との間に強い相互作用がある状況では、この損失がダイナミクスの理解を困難にします。 これらのダイナミクスを単独で見ると、時間局所的な説明はありません。それらは非マルコフ的であり、メモリ効果は解釈が難しい複雑な機能を誘発します。 この問題に対処するために、システムと環境の間の結合が線形である限り、ガウス環境の相関関数を推測するために、任意の方法で計算されたシステム相関を使用する方法をここで示します。 これにより、システムと環境の両方の完全なダイナミクスの再構築が可能になるだけでなく、環境に対するシステムの影響を研究する道が開かれます。 正確なバス ダイナミクスを取得するために、このオープン量子システムのプロセス テンソルを表すテンソル ネットワークの構築と縮小に基づいて、システム ダイナミクスをシミュレートするための数値的に正確なアプローチを利用します。 これを使用して、システム相関関数を正確に見つけることができます。 私たちの方法の適用性を実証するために、オフレゾナントドライブを受けるXNUMXレベルシステムに結合されたときに、ボソン浴の異なるモード間で熱がどのように移動するかを示します。

►BibTeXデータ

►参照

【1] HP Breuerand F. Petruccione「オープン量子システムの理論」オックスフォード大学出版局 (2002)。

【2] AW Chin、J. Prior、R. Rosenbach、F. Caycedo-Soler、SF Huelga、および MB Plenio、「色素タンパク質複合体における電子コヒーレンスおよび再コヒーレンスにおける非平衡振動構造の役割」Nat。 物理。 9、113–118(2013)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / nphys2515

【3] M. Thorwart、J. Eckel、JH Reina、P. Nalbach、および S. Weiss、「生体分子励起子の非マルコフ力学における強化された量子エンタングルメント」Chem。 物理。 レット。 478、234–237 (2009)。
https:/ / doi.org/ 10.1016/ j.cplett.2009.07.053

【4] M. Mohseni、A. Shabani、S. Lloyd、および H. Rabitz、「光合成複合体における最適かつ堅牢な量子輸送のためのエネルギー規模の収束」J. Chem. 物理。 140、035102 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.4856795

【5] マルコ デル レイ、アレックス W. チン、スサナ F. ウェルガ、マーティン B. プレニオ、「効率的なエネルギー伝達のための構造化環境の活用: フォノン アンテナ メカニズム」J. Phys. 化学。 レット。 4、903–907(2013)。
https:/ / doi.org/ 10.1021/ jz400058a

【6] Christine Maier、Tiff Brydges、Petar Jurcevic、Nils Trautmann、Cornelius Hempel、Ben P. Lanyon、Philipp Hauke、Rainer Blatt、および Christian F. Roos による「10 キュービット ネットワークにおける環境支援量子輸送」Phys. Rev.Lett. 122, 050501 (2019).
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.050501

【7] Dvira Segaland Bijay Kumar Agarwalla「分子接合における振動熱輸送」Ann。 Rev.Phys. 化学。 67、185–209 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1146 / annurev-physchem-040215-112103

【8] S. Gröblacher、A. Trubarov、N. Prigge、GD Cole、M. Aspelmeyer、および J. Eisert、「非マルコフのマイクロメカニカル ブラウン運動の観測」Nat. 通信します。 6、7606(2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / ncomms8606

【9] 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、Andreas Wallraff、「光の研究-超伝導回路を備えたモデルの収穫」Nat。 通信します。 9、904(2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / s41467-018-03312-x

【10] Heng-Na Xiong、Yi Li、Yixiao Huang、Zichun Le、「無限空洞アレイ構造を備えたフォトニック結晶」 Quant. インフォ。 & コンプ。 18、267–284(2018)。
https:/ / doi.org/ 10.26421 / QIC18.3-4-6

【11] Inés de Vegaand Daniel Alonso 「非マルコフのオープン量子システムのダイナミクス」 Rev. Mod. 物理。 89、015001(2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.89.015001

【12] HP Breuer、EM Laine、J. Piilo、および B. Vacchini、「コロキウム: オープン量子システムにおける非マルコフ力学」Rev. Mod. 物理。 88、021002(2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.88.021002

【13] Mark T Mitchison 「量子熱吸収機械: 冷蔵庫、エンジン、時計」 Contemp. 物理。 60, 164–187 (2019).
https:/ / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2019.1631555

【14] F. Binder、LA Correa、C. Gogolin、J. Anders、および G. Adesso、「量子体制における熱力学」Springer、Cham (2018)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-99046-0

【15] M. Brenes、JJ Mendoza-Arenas、A. Purkayastha、MT Mitchison、SR Clark、および J. Goold、「強く相互作用する量子熱機械をシミュレートするためのテンソル ネットワーク法」Phys. Rev. X 10, 031040 (2020).
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031040

【16] Philipp Strasberg、Gernot Schaller、Neill Lambert、Tobias Brandes、「反応座標マッピングに基づく、強い結合および非マルコフ領域における非平衡熱力学」New J. Phys. 18、073007(2016)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​7/​073007

【17] Gerald D Mahan「多粒子物理学」Springer Science & Business Media (2013)。

【18] Robert Silbeyand Robert A. Harris 「バスと相互作用する 80 レベル システムのダイナミクスの変分計算」 J. Chem. 物理。 2615、2617–1984 (XNUMX)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.447055

【19] RA Harrisand R. Silbey 「熱浴と相互作用するトンネル システムの変分計算。 Ⅱ. 非対称トンネリングシステムのダイナミクス」J.Chem. 物理。 83、1069–1074 (1985)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.449469

【20] Jozef T Devreeseand Alexandre S Alexandrov 「Fröhlich ポーラロンとバイポーラロン: 最近の開発」 Rep. Prog. 物理。 72、066501(2009)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0034-4885/​72/​6/​066501

【21] Alexey Kavokinand Guillaume Malpuech “Cavity polaritons” Elsevier (2003)。

【22] ピーター・カートンとジョナサン・キーリング 「駆動散逸ディッケモデルにおける超放射とレーザー状態」 New J. Phys。 20, 015009 (2018).
https:/ / doi.org/ 10.1088/ 1367-2630/ aaa11d

【23] Alicia J Kollár、Alexander T Papageorge、Varun D Vaidya、Yudan Guo、Jonathan Keeling、および Benjamin L Lev、「マルチモード キャビティ内のボーズ アインシュタイン凝縮によるスーパーモード密度波ポラリトン凝縮」Nat. 通信します。 8、14386(2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / ncomms14386

【24] Martin Gärttner、Justin G Bohnet、Arghavan Safavi-Naini、Michael L Wall、John J Bollinger、Ana Maria Rey、「​​トラップされたイオン量子磁石で時間順相関と複数の量子スペクトルを測定する」Nat. 物理。 13、781–786(2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / nphys4119

【25] Jun Li、Ruihua Fan、Hengyan Wang、Bingtian Ye、Bei Zeng、Hui Zhai、Xinhua Peng、Jiangfeng Du、「核磁気共鳴量子シミュレーターで時間順相関器を測定する」Phys。 Rev. X 7、031011 (2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031011

【26] Mohamad Niknam、Lea F. Santos、David G. Cory、「非局所的な時間順相関関数で測定された環境摂動に対する量子情報の感度」Phys。 Rev.Res. 2, 013200 (2020).
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013200

【27] Jake Iles-Smith、Neill Lambert、および Ahsan Nazir、「環境ダイナミクス、相関、およびオープン量子システムにおける非正準平衡状態の出現」Phys。 Rev. A 90、032114 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / physreva.90.032114

【28] Jake Iles-Smith、Arend G. Dijkstra、Neill Lambert、および Ahsan Nazir、「構造化および非構造化環境におけるエネルギー伝達: ボルンマルコフ近似を超えるマスター方程式」J. Chem. 物理。 144、044110 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.4940218

【29] Neill Lambert、Shahnawaz Ahmed、Mauro Cirio、および Franco Nori による「非物理モードによる超強結合スピン ボソン モデルのモデリング」Nat. 通信します。 10, 3721 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-11656-1

【30] Lili Zhu、Hao Liu、Weiwei Xie、および Qiang Shi、「運動法の階層方程式を使用して計算された明示的なシステムとバスの相関」J. Chem。 物理。 137、194106 (2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.4766358

【31] Linze Songand Qiang Shi 「モデル分子接合部における非平衡熱輸送に適用される運動法の階層方程式: 過渡熱流と現在のオペレーターの高次モーメント」 Phys. Rev. B 95、064308 (2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.064308

【32] C Schinabeck、R Härtle、および M Thoss、「ナノシステムを介した非平衡輸送における電子振動結合への階層的量子マスター方程式アプローチ: 貯留層の定式化と振動不安定性への応用」Phys. Rev. B 97、235429 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.97.235429

【33] Maria Popovic、Mark T. Mitchison、Aidan Strathearn、Brendon W. Lovett、John Goold、Paul R. Eastham、「時間発展行列積演算子による量子熱統計」PRX Quantum 2、020338 (2021)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020338

【34] Massimiliano Esposito、Upendra Harbola、および Shaul Mukamel、「量子システムにおける非平衡ゆらぎ、ゆらぎ定理、および計数統計」Rev. Mod。 物理。 81、1665(2009)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665

【35] Michael Kilgour、Bijay Kumar Agarwalla、および Dvira Segal による「経路積分法と量子熱輸送のシミュレーション: 完全計数統計アプローチ」J. Chem. 物理。 150, 084111 (2019).
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.5084949

【36] Javier Prior、Alex W. Chin、Susana F. Huelga、Martin B. Plenio、「強力なシステムと環境の相互作用の効率的なシミュレーション」Phys。 Rev.Lett. 105、050404 (2010)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.050404

【37] Dario Tamascelli「チェーンマップ環境における励起ダイナミクス」エントロピー 22、1320 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.3390 / e22111320

【38] Florian AYN Schröderand Alex W Chin 「時間依存の変分行列積状態によるオープン量子ダイナミクスのシミュレーション: 環境ダイナミクスの微視的相関とシステム進化の減少に向けて」 Phys. Rev. B 93、075105 (2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.93.075105

【39] C Gonzalez-Ballestero、Florian AYN Schröder、および Alex W Chin、「変分行列積状態を使用したバイアス サブオーム スピン ボソン モデルの非摂動的ダイナミクスの解明」Phys. Rev. B 96、115427 (2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.96.115427

【40] A. Strathearn、P. Kirton、D. Kilda、J. Keeling、および BW Lovett、「時間発展行列積演算子を使用した効率的な非マルコフ量子ダイナミクス」Nat。 通信します。 9、3322(2018)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-018-05617-3

【41] Yiu-Fung Chiu、Aidan Strathearn、および Jonathan Keeling、「量子平均力ギブス状態の数値評価とロバスト性」(2021 年)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012204

【42] Mathias R. Jørgensenand Felix A. Pollock 「非マルコフ経路積分を効率的にシミュレートするための量子プロセスの因果テンソル ネットワーク構造の活用」 Phys. Rev.Lett. 123、240602 (2019)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.240602

【43] Gerald E. Fux、Eoin P. Butler、Paul R. Eastham、Brendon W. Lovett、および Jonathan Keeling、「非マルコフ開放量子システムの最適制御のためのハミルトニアン パラメーター空間の効率的な調査」Phys. Rev.Lett. 126, 200401 (2021).
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.200401

【44] Dominic Gribben、Aidan Strathearn、Jake Iles-Smith、Dainius Kilda、Ahsan Nazir、Brendon W Lovett、および Peter Kirton、「構造化された環境における正確な量子ダイナミクス」Phys。 Rev.Res. 2, 013265 (2020).
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013265

【45] Felix A. Pollock、César Rodríguez-Rosario、Thomas Frauenheim、Mauro Paternostro、Kavan Modi、「非マルコフ量子プロセス: 完全なフレームワークと効率的な特性評価」Phys. Rev. A 97、012127 (2018)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.012127

【46] AJ Leggett、S. Chakravarty、AT Dorsey、Matthew PA Fisher、Anupam Garg、および W. Zwerger、「消散型 59 状態システムのダイナミクス」Rev. Mod。 物理。 1、85-1987 (XNUMX)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.59.1

【47] シャウル・ムカメル「非線形光学分光法の原理」オックスフォード大学出版局、ニューヨーク(1995)。

【48] RP Feynmanand FL Vernon 「線形散逸系と相互作用する一般的な量子系の理論」Ann. 物理。 24、118–173(1963)。
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0003-4916(63)90068-X
https:/ / www.sciencedirect.com/ science / article / pii / 000349166390068X

【49] Mihail Silaev、Tero T. Heikkilä、Pauli Virtanen、「駆動量子システムにおける仕事と熱の完全なカウント統計のためのリンドブラッド方程式アプローチ」Phys。 Rev. E 90、022103 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.022103

【50] TEMPO コラボレーション「OQuPy: 非マルコフのオープン量子システムを効率的に計算するための Python 3 パッケージ」(2022 年)。
https:/ / doi.org/ 10.5281 / zenodo.4428316
https://oqupy.readthedocs.io

【51] Nancy Makriand Dmitrii E. Makarov 「縮小密度行列の反復量子時間発展のためのテンソル プロパゲーター。 I.理論」J.Chem. 物理。 102、4600–4610 (1995)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.469508

【52] Aidan Strathearn「テンソル ネットワークを使用した非マルコフ量子システムのモデル化」Springer Nature (2020)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-54975-6

【53] Román Orús 「テンソル ネットワークの実用的な紹介: 行列積の状態と投影されたもつれペアの状態」Ann. 物理。 349、117–158 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2014.06.013

【54] Ulrich Schollwöck 「行列積の時代における密度行列くりこみ群」 Ann. 物理。 326、96–192(2011)。
https:/ / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2010.09.012

【55] Nancy Makriand Dmitrii E. Makarov 「縮小密度行列の反復量子時間発展のためのテンソル プロパゲーター。 Ⅱ. 数値方法論」J.Chem. 物理。 102、4611–4618 (1995)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 1.469509

【56] M. Cygorek、M. Cosacchi、A. Vagov、VM Axt、BW Lovett、J. Keeling、および EM Gauger、「環境の自動圧縮を使用した任意のオープン量子システムの数値的に正確なシミュレーション」(2021 年)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-022-01544-9

【57] Ulrich Weiss「量子散逸系」World Scientific (2012)。

【58] Ahsan Nazirand Dara PS McCutcheon 「光学的に駆動される量子ドットにおける励起子とフォノンの相互作用のモデル化」 J. Phys.: Condens. 問題28、103002(2016)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0953-8984/​28/​10/​103002

【59] S. Rackovskyand R. Silbey 「不純な固体における電子エネルギー移動: I. 格子に埋め込まれた 25 つの分子」 Mol. 物理。 61、72–1973(XNUMX)。
https:/ / doi.org/ 10.1080 / 00268977300100081

【60] Huaixiu Zhengand Harold U. Baranger 「ウェーブガイドを介した相互作用による永続的な量子ビートと長距離エンタングルメント」 Phys。 Rev.Lett. 110、113601 (2013)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.113601

【61] I.ヨー、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、および M. Richard、「量子ドット - 機械的振動子ハイブリッド システムにおけるひずみ媒介結合」Nat。 ナノテク。 9、106 EP–(2013)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / nnano.2013.274

【62] Emil Rozbickiand Paweł Machnikowski「量子ドット分子におけるフォノン支援励起移動の量子運動論」Phys。 Rev.Lett. 100、027401 (2008)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.027401

【63] Gerald E. Fux、Dainius Kilda、Brendon W. Lovett、Jonathan Keeling、「環境に強く結合したスピン チェーンの熱化」(2022 年)。
arXiv:2201.05529

【64] Dominic Gribben、Dominic M. Rouse、Jake Iles-Smith、Aidan Strathearn、Henry Maguire、Peter Kirton、Ahsan Nazir、Erik M. Gauger、および Brendon W. Lovett、「非マルコフ開放量子システムにおける非加法的環境の正確なダイナミクス」 PRX Quantum 3、010321 (2022)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010321

【65] Bogna Bylicka、D Chruściński、Sci Maniscalco、「量子チャネルの非マルコフ性とリザーバー メモリ: 量子情報理論の視点」Sci. Rep. 4、5720 (2014)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / srep05720

【66] Guo-Yong Xiang、Zhi-Bo Hou、Chuan-Feng Li、Guang-Can Guo、Heinz-Peter Breuer、Elsi-Mari Laine、および Jyrki Piilo、「非局所メモリ効果によって支援される光ファイバーのエンタングルメント分布」EPL 107、54006 (2014)。
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​107/​54006

【67] Daniel M Reich、Nadav Katz、Christiane P Koch、「量子制御のために非マルコフ性を利用する」Sci。 Rep. 5、12430 (2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / srep12430

によって引用

[1] Dominic Gribben、Dominic M. Rouse、Jake Iles-Smith、Aidan Strathearn、Henry Maguire、Peter Kirton、Ahsan Nazir、Erik M. Gauger、および Brendon W. Lovett、「非マルコフ的オープンにおける非加法的環境の正確なダイナミクス」量子システム」、 PRX Quantum 3 1、010321(2022).

[2] Dragomir Davidovic、「オープン量子システムの体系的なゴリーニ、コサコフスキー、スダルシャン、およびリンドブラッド方程式」、 arXiv:2112.07863.

[3] Yiu-Fung Chiu、Aidan Strathearn、および Jonathan Keeling、「量子平均力ギブス状態の数値評価とロバスト性」、 フィジカルレビューA 106 1、012204(2022).

[4] Piper Fowler-Wright、Brendon W. Lovett、および Jonathan Keeling、「有機ポラリトンの効率的な多体非マルコフ力学」、 arXiv:2112.09003.

[5] Ruofan Chen、「非マルコフ開放系の熱流」、 arXiv:2207.00864.

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