1SUPA, Școala de Fizică și Astronomie, Universitatea St Andrews, St Andrews KY16 9SS, Regatul Unit
2Scoala de Matematica si Fizica, Universitatea din Queensland, St Lucia, Queensland 4072, Australia
3Departamentul de Fizică și SUPA, Universitatea Strathclyde, Glasgow G4 0NG, Regatul Unit
Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.
Abstract
Urmărirea gradelor de libertate din mediu este o procedură necesară atunci când se simulează sisteme cuantice deschise. Deși este un pas esențial în obținerea unei ecuații principale tratabile, acesta reprezintă o pierdere de informații. În situațiile în care există o interacțiune puternică între sistem și gradele de libertate din mediu, această pierdere face ca înțelegerea dinamicii să fie dificilă. Aceste dinamici, atunci când sunt privite izolat, nu au o descriere locală în timp: sunt non-markoviene și efectele de memorie induc trăsături complexe care sunt greu de interpretat. Pentru a rezolva această problemă, arătăm aici cum să folosim corelațiile de sistem, calculate prin orice metodă, pentru a deduce orice funcție de corelație a unui mediu gaussian, atâta timp cât cuplarea dintre sistem și mediu este liniară. Acest lucru nu numai că permite reconstrucția întregii dinamici atât a sistemului, cât și a mediului, dar deschide și căi în studierea efectului unui sistem asupra mediului său. Pentru a obține o dinamică precisă a băii, exploatăm o abordare exactă numeric a simulării dinamicii sistemului, care se bazează pe construcția și contracția unei rețele tensorale care reprezintă tensorul de proces al acestui sistem cuantic deschis. Folosind aceasta, putem găsi exact orice funcție de corelare a sistemului. Pentru a demonstra aplicabilitatea metodei noastre, arătăm modul în care căldura se mișcă între diferitele moduri ale unei băi bosonice atunci când este cuplată la un sistem cu două niveluri care este supus unui impuls off-rezonant.
► Date BibTeX
► Referințe
[1] HP Breuer și F. Petruccione „Theory of Open Quantum Systems” Oxford University Press (2002).
[2] AW Chin, J. Prior, R. Rosenbach, F. Caycedo-Soler, SF Huelga și MB Plenio, „Rolul structurilor vibraționale neechilibrate în coerența și recoerența electronică în complexele pigment-proteine” Nat. Phy. 9, 113–118 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2515
[3] M. Thorwart, J. Eckel, JH Reina, P. Nalbach și S. Weiss, „Entanglement cuantic îmbunătățit în dinamica non-Markoviană a excitonilor biomoleculari” Chem. Fiz. Lett. 478, 234–237 (2009).
https:///doi.org/10.1016/j.cplett.2009.07.053
[4] M. Mohseni, A. Shabani, S. Lloyd și H. Rabitz, „Convergența la scară de energie pentru transport cuantic optim și robust în complexe fotosintetice” J. Chem. Fiz. 140, 035102 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4856795
[5] Marco del Rey, Alex W. Chin, Susana F. Huelga și Martin B. Plenio, „Exploiting Structured Environments for Efficient Energy Transfer: The Phonon Antenna Mechanism” J. Phys. Chim. Lett. 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 și Christian F. Roos, „Transport cuantic asistat de mediu într-o rețea de 10 qubit” Phys. Rev. Lett. 122, 050501 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.050501
[7] Dvira Segaland Bijay Kumar Agarwalla „Transportul de căldură vibrațional în joncțiunile moleculare” Ann. Rev. Fiz. Chim. 67, 185–209 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-physchem-040215-112103
[8] S. Gröblacher, A. Trubarov, N. Prigge, GD Cole, M. Aspelmeyer și J. Eisert, „Observarea mișcării browniene micromecanice non-Markoviane” Nat. comun. 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 și Andreas Wallraff, „Studying light- modele de recoltare cu circuite supraconductoare” Nat. comun. 9, 904 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-018-03312-x
[10] Heng-Na Xiong, Yi Li, Yixiao Huang și Zichun Le, „Cristal fotonic cu structură de matrice de cavitate infinite” Quant. Inf. & Comp. 18, 267–284 (2018).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC18.3-4-6
[11] Inés de Vega și Daniel Alonso „Dinamica sistemelor cuantice deschise non-Markovian” Rev. Mod. Fiz. 89, 015001 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.89.015001
[12] HP Breuer, EM Laine, J. Piilo și B. Vacchini, „Colocviu: Dinamica non-Markoviană în sisteme cuantice deschise” Rev. Mod. Fiz. 88, 021002 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.88.021002
[13] Mark T Mitchison „Mașini cuantum de absorbție termică: frigidere, motoare și ceasuri” Contemp. Fiz. 60, 164–187 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2019.1631555
[14] F. Binder, LA Correa, C. Gogolin, J. Anders și G. Adesso, „Thermodynamics in the Quantum Regime” 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 și J. Goold, „Metoda de rețea tensor pentru a simula mașinile termice cuantice cu interacțiune puternică” Fizic. Rev. X 10, 031040 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031040
[16] Philipp Strasberg, Gernot Schaller, Neill Lambert și Tobias Brandes, „Termodinamică non-equilibrium în cuplarea puternică și regimul non-Markovian bazat pe o mapare a coordonatelor de reacție” New J. Phys. 18, 073007 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/7/073007
[17] Gerald D Mahan „Fizica multor particule” Springer Science & Business Media (2013).
[18] Robert Silbey și Robert A. Harris „Calcul variațional al dinamicii unui sistem cu două niveluri care interacționează cu o baie” J. Chem. Fiz. 80, 2615–2617 (1984).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.447055
[19] RA Harrisand R. Silbey „Calcul variațional al sistemului de tunel care interacționează cu o baie de căldură. II. Dinamica unui sistem de tunel asimetric” J. Chem. Fiz. 83, 1069–1074 (1985).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.449469
[20] Jozef T Devreese și Alexandre S Alexandrov „Fröhlich polaron și bipolaron: evoluții recente” Rep. Prog. Fiz. 72, 066501 (2009).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/72/6/066501
[21] Alexey Kavokin și Guillaume Malpuech „Cavity polaritons” Elsevier (2003).
[22] Peter Kirton și Jonathan Keeling „Superradiant and lasing states in driven-dissipative Dicke models” 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 și Benjamin L Lev, „Supermode-density-wave-polariton condensation with a Bose–Einstein condensate in a multimode cavity” Nat. comun. 8, 14386 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms14386
[24] Martin Gärttner, Justin G Bohnet, Arghavan Safavi-Naini, Michael L Wall, John J Bollinger și Ana Maria Rey, „Măsurarea corelațiilor out-of-time-order și a spectrelor cuantice multiple într-un magnet cuantic cu ioni prins” Nat. Phy. 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 și Jiangfeng Du, „Măsurarea corelatorilor în afara ordinului de timp pe un simulator cuantic de rezonanță magnetică nucleară” Phys. Rev. X 7, 031011 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.031011
[26] Mohamad Niknam, Lea F. Santos și David G. Cory, „Sensibilitatea informațiilor cuantice la perturbațiile mediului măsurată cu o funcție de corelație nonlocală în afara ordinului temporal” Phys. Rev. Res. 2, 013200 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.013200
[27] Jake Iles-Smith, Neill Lambert și Ahsan Nazir, „Dinamica mediului, corelații și apariția stărilor de echilibru noncanonice în sistemele cuantice deschise” Fizica. Rev. A 90, 032114 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.90.032114
[28] Jake Iles-Smith, Arend G. Dijkstra, Neill Lambert și Ahsan Nazir, „Transferul de energie în medii structurate și nestructurate: ecuații principale dincolo de aproximațiile Born-Markov” J. Chem. Fiz. 144, 044110 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4940218
[29] Neill Lambert, Shahnawaz Ahmed, Mauro Cirio și Franco Nori, „Modelarea modelului spin-boson ultra-puternic cuplat cu moduri nefizice” Nat. comun. 10, 3721 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41467-019-11656-1
[30] Lili Zhu, Hao Liu, Weiwei Xie și Qiang Shi, „Corelarea explicită sistem-baie calculată folosind metoda ecuațiilor ierarhice a mișcării” J. Chem. Fiz. 137, 194106 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4766358
[31] Linze Songand Qiang Shi „Metoda ecuațiilor ierarhice ale mișcării aplicată transportului de căldură neechilibrat în joncțiuni moleculare model: curent termic tranzitoriu și momente de ordin înalt ale operatorului curent” Fizica. Rev. B 95, 064308 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.95.064308
[32] C Schinabeck, R Härtle și M Thoss, „Abordarea ecuației master cuantice ierarhice la cuplarea electronică-vibrațională în transportul neechilibrat prin nanosisteme: formularea rezervorului și aplicarea instabilităților vibraționale” Fizic. 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 și Paul R. Eastham, „Quantum Heat Statistics with Time-Evolving Matrix Product Operators” PRX Quantum 2, 020338 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020338
[34] Massimiliano Esposito, Upendra Harbola și Shaul Mukamel, „Fluctuații de neechilibru, teoreme de fluctuație și statistici de numărare în sistemele cuantice” Rev. Mod. Fiz. 81, 1665 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.1665
[35] Michael Kilgour, Bijay Kumar Agarwalla și Dvira Segal, „Metodologia integrală a căii și simulări ale transportului termic cuantic: abordare completă a statisticilor de numărare” J. Chem. Fiz. 150, 084111 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5084949
[36] Javier Prior, Alex W. Chin, Susana F. Huelga și Martin B. Plenio, „Simularea eficientă a interacțiunilor puternice sistem-mediu” Phys. Rev. Lett. 105, 050404 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.050404
[37] Dario Tamascelli „Dinamica excitației în medii cu hartă în lanț” Entropia 22, 1320 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22111320
[38] Florian AYN Schröder și Alex W Chin „Simularea dinamicii cuantice deschise cu stări ale produsului matrice variaționale dependente de timp: către corelarea microscopică a dinamicii mediului și evoluția redusă a sistemului” Fizica. Rev. B 93, 075105 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.93.075105
[39] C Gonzalez-Ballestero, Florian AYN Schröder și Alex W Chin, „Descoperirea dinamicii nonperturbative a modelului spin-boson sub-ohmic părtinitor cu stări variaționale ale produsului matricei” Fizic. Rev. B 96, 115427 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.96.115427
[40] A. Strathearn, P. Kirton, D. Kilda, J. Keeling și BW Lovett, „Efficient non-Markovian quantum dynamics using time-evolution matrix product operators” Nat. comun. 9, 3322 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05617-3
[41] Yiu-Fung Chiu, Aidan Strathearn și Jonathan Keeling, „Evaluarea numerică și robustețea stării Gibbs a forței medii cuantice” (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.012204
[42] Mathias R. Jørgensen și Felix A. Pollock „Exploarea structurii rețelei tensoare cauzale a proceselor cuantice pentru a simula în mod eficient integralele de cale non-markoviană” Fizic. 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 și Jonathan Keeling, „Efficient Exploration of Hamiltonian Parameter Space for Optimal Control of Non-Markovian Open Quantum Systems” 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 și Peter Kirton, „Dinamica cuantică exactă în medii structurate” 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 și Kavan Modi, „Procese cuantice non-Markoviane: cadru complet și caracterizare eficientă” 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 și W. Zwerger, „Dynamics of the disipative two-state system” Rev. Mod. Fiz. 59, 1–85 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.59.1
[47] Shaul Mukamel „Principiile spectroscopiei optice neliniare” Oxford University Press, New York (1995).
[48] RP Feynman și FL Vernon „Teoria unui sistem cuantic general care interacționează cu un sistem disipator liniar” Ann. Fiz. 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 și Pauli Virtanen, „Abordarea ecuației Lindblad pentru statisticile complete de numărare a muncii și căldurii în sisteme cuantice conduse” Phys. Rev. E 90, 022103 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.90.022103
[50] Colaborarea TEMPO „OQuPy: Un pachet Python 3 pentru a calcula eficient sistemele cuantice deschise non-Markovian” (2022).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.4428316
https:///oqupy.readthedocs.io
[51] Nancy Makriand Dmitrii E. Makarov „Propagator tensor pentru evoluția iterativă în timp cuantică a matricelor cu densitate redusă. I. Teorie” J. Chem. Fiz. 102, 4600–4610 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.469508
[52] Aidan Strathearn „Modelarea sistemelor cuantice non-markoviene folosind rețele tensorice” Springer Nature (2020).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54975-6
[53] Román Orús „O introducere practică în rețelele tensoriale: stări de produs matrice și stări de perechi încurcate proiectate” Ann. Fiz. 349, 117–158 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2014.06.013
[54] Ulrich Schollwöck „Grupul de renormalizare a densității-matricei în epoca stărilor produselor matriceale” Ann. Fiz. 326, 96–192 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2010.09.012
[55] Nancy Makriand Dmitrii E. Makarov „Propagator tensor pentru evoluția iterativă în timp cuantică a matricelor cu densitate redusă. II. Metodologie numerică” J. Chem. Fiz. 102, 4611–4618 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.469509
[56] M. Cygorek, M. Cosacchi, A. Vagov, VM Axt, BW Lovett, J. Keeling și EM Gauger, „Simulări numerice exacte ale sistemelor cuantice deschise arbitrare folosind compresia automată a mediului” (2021).
https://doi.org/10.1038/s41567-022-01544-9
[57] Ulrich Weiss „Sisteme disipative cuantice” Științific mondial (2012).
[58] Ahsan Nazirand Dara PS McCutcheon „Modelarea interacțiunilor exciton-fonon în puncte cuantice conduse optic” J. Phys.: Condens. Materia 28, 103002 (2016).
https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/10/103002
[59] S. Rackovsky și R. Silbey „Transferul electronic de energie în solidele impure: I. Două molecule înglobate într-o rețea” Mol. Fiz. 25, 61–72 (1973).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268977300100081
[60] Huaixiu Zhengand Harold U. Baranger „Persistent Quantum Beats and Long-Distance Entanglement from Waveguide-Mediated Interactions” Phys. Rev. Lett. 110, 113601 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.113601
[61] I. 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 și M. Richard, „Coplajul mediat de deformare într-un sistem hibrid cu oscilator cuantic dot-mechanical” Nat. Nanotehnologie. 9, 106 EP–(2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nnano.2013.274
[62] Emil Rozbicki și Paweł Machnikowski „Teoria cinetică cuantică a transferului de excitație asistat de fonon în moleculele de puncte cuantice” Fiz. Rev. Lett. 100, 027401 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.027401
[63] Gerald E. Fux, Dainius Kilda, Brendon W. Lovett și Jonathan Keeling, „Thermalization of a spin chain strongly coupled to its environment” (2022).
arXiv: 2201.05529
[64] Dominic Gribben, Dominic M. Rouse, Jake Iles-Smith, Aidan Strathearn, Henry Maguire, Peter Kirton, Ahsan Nazir, Erik M. Gauger și Brendon W. Lovett, „Exact Dynamics of Nonadditive Environments in Non-Markovian Open Quantum Systems” PRX Quantum 3, 010321 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010321
[65] Bogna Bylicka, D Chruściński și Sci Maniscalco, „Non-Markovianity and reservoir memory of quantum channels: a quantum information theory perspective” 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 și Jyrki Piilo, „Distribuția încurcăturii în fibre optice asistate de efecte de memorie nonlocală” EPL 107, 54006 (2014).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/107/54006
[67] Daniel M Reich, Nadav Katz și Christiane P Koch, „Exploiting non-Markovianity for quantum control” Sci. Rep. 5, 12430 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep12430
Citat de
[1] Dominic Gribben, Dominic M. Rouse, Jake Iles-Smith, Aidan Strathearn, Henry Maguire, Peter Kirton, Ahsan Nazir, Erik M. Gauger și Brendon W. Lovett, „Exact Dynamics of Nonadditive Environments in Non-Markovian Open Sisteme cuantice”, PRX Quantum 3 1, 010321 (2022).
[2] Dragomir Davidovic, „Systematic Gorini, Kossakowski, Sudarshan and Lindblad Equation for Open Quantum Systems”, arXiv: 2112.07863.
[3] Yiu-Fung Chiu, Aidan Strathearn și Jonathan Keeling, „Evaluare numerică și robustețe a stării Gibbs a forței medii cuantice”, Revista fizică A 106 1, 012204 (2022).
[4] Piper Fowler-Wright, Brendon W. Lovett, and Jonathan Keeling, “Efficient many-body non-Markovian dynamics of organic polaritons”, arXiv: 2112.09003.
[5] Ruofan Chen, „Heat Current in Non-Markovian Open Systems”, arXiv: 2207.00864.
Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2022-10-25 13:42:51). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.
Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2022-10-25 13:42:49: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2022-10-25-847 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent.
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.
