Analyzing the spin-bath model without simulations
Sebastian Fortin, Olimpia Lombardi
本文基于一个无需计算机模拟就能判定离散系统是否消球差的引理，分析了著名的自旋浴模型。引理允许我们预测的退相干系统的分析手段。
On the basis of a lemma designed to decide whether a discrete system decoheres or not with no need of computer simulations, in this paper we analyze the well-known spin-bath model. The lemma allows us to predict the decoherence of the system by analytical means.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Mean field master equation for self-interacting baths: comparison with exact spin--spin-bath dynamics
平均场近似推导出一个主方程适用于自相互作用浴和强系统浴耦合。主方程的解决方案进行了比较，与一个中心的自旋与自旋浴相互作用的精确解。
Decoherence by a spin thermal bath: Role of the spin-spin interactions and initial state of the bath
我们研究了两个耦合自旋与自旋浴环境相互作用的退相干。结果表明，环境中自旋之间的连通性和耦合强度对中心系统的退相干是至关重要的。对于各向异性的旋转浴，改变连接性或耦合强度会使中心系统的退相干从高斯衰减规律变为指数衰减规律。初始状态的环境中示出影响退相干过程中的一个定性的显着方式。
Decoherence in a spin--spin-bath model with environmental self-interaction
本文研究了一个由中心自旋耦合到旋转浴组成的低温模型系统，以确定浴中自旋之间的相互作用是否对中心自旋动力学有影响。在没有环境内耦合的情况下，中心自旋的退相干是快速和不可逆的。强的环境内相互作用导致中心自旋从浴中有效地解耦，并抑制退相干。较弱的环境内耦合减少但不消除退相干。我们相信，类似的行为将在任何具有自交互环境的系统中观察到。
Decoherence of a quantum memory coupled to a collective spin bath
我们研究了耦合到相互作用自旋浴的单个量子比特的量子动力学，作为固态量子存储器中退相干的模型。自旋浴由Lipkin-Meshkov-Glick模型描述，并且浴自旋经受横向磁场。我们调查的量子位相互作用通过伊辛或XY型耦合项浴自旋的不同大小的子集。浴的大程度的对称性使我们能够找到参数制度，其中初始量子位状态在量子位制备后在明确定义的时间恢复。这些时间可以变得与大浴槽的浴槽尺寸无关，从而即使在存在与浴槽的强耦合的情况下也能够实现忠实的量子位存储。我们分析了大量的参数，并确定了最适合量子存储器的参数。一般情况下，我们发现量子比特和浴自旋之间的少量链接导致更少的退相干，量子比特和浴自旋之间的伊辛耦合系统是优选的。
Collapse and revival structure of information backflow for a central spin coupled to a finite spin bath
量子动力学的马尔可夫性是开放量子系统的一个重要性质，它由系统和池的各种成分决定。除了系统-浴相互作用、浴的初始状态等之外，浴的维数在确定量子动力学的马尔可夫性中起关键作用，因为浴相关性的严格衰减需要浴的无限维数。在这项工作中，我们调查的作用，有限的浴尺寸在量子动力学的马尔可夫性考虑一个简单的，但不平凡的模型，其中一个中心自旋是各向同性耦合到一个有限数量的浴自旋，并显示如何从非马尔可夫的动力学过渡到马尔可夫的浴自旋的数量增加。非马尔可夫性的特征在于信息从浴流到系统的状态的迹距离。我们推导出的时间演化的轨迹距离解析，并发现周期性的混沌复苏模式的信息流。详细研究了这一现象的机理，结果表明，自旋-回复模式的周期是由体系自旋数、体系-体系耦合强度和频率失谐量之间的竞争决定的。当浴旋转的数量足够大时，反转-恢复结构的周期以及相应的崩溃和恢复时间与浴旋转的数量成比例地增加，这表征了信息回流如何随着浴的大尺寸而衰减。我们还分析了系统-浴槽相互作用强度和频率失谐量对信息流反转-恢复结构的影响，得到了反转-恢复结构存在的条件。数值计算结果说明了这一点。
Decoherence by a chaotic many-spin bath
我们数值研究了一个双自旋系统（中心系统）被一个1/2自旋的水池所引起的退相干。通过仔细调整参数，浴的动力学状态已从量子混沌变化到规则，而所有其他动力学特性几乎保持不变。我们明确地表明，对于多体量子浴，量子混沌的发生导致显着更快，更强的退相干相比，一个等效的非混沌浴。此外，系统的密度矩阵的非对角元素衰减不同的混沌和非混沌浴。因此，浴的基本参数（系统浴相互作用的强度，浴的光谱态密度）的知识并不总是足够的，和浴的动力学的更精细的细节可以强烈地影响退相干过程。
Suppression of decoherence in a generalization of the spin-bath model
关于自旋池退相干的研究，一般都集中在研究单自旋系统与大自旋池的相互作用。本文通过对多自旋系统的分析，研究了退相干或退相干抑制随系统自旋数和浴的变化关系，推广了这些模型。这个模型可能有助于识别不受退相干影响的粒子簇，因此，可以用来存储量子信息。
Decoherence by a spin thermal bath: Role of the spin-spin interactions
我们研究了两个耦合自旋与自旋浴环境相互作用的退相干。结果表明，环境中自旋之间的连通性和耦合强度对中心系统的退相干是至关重要的。改变连通性或耦合强度，中心系统的退相干从高斯衰减规律变为指数衰减规律。
Dissipative quantum dynamics with the Surrogate Hamiltonian approach. A comparison between spin and harmonic baths
研究了耦合到磁浴中的非谐振子的耗散量子动力学，旨在阐明自旋磁浴和谐振子的弛豫之间的区别。收敛的结果得到的自旋浴的替代哈密顿方法。这种方法是基于构建一个系统浴哈密顿量，与有限的，但大量的自旋浴模式，这完全模仿一个浴与无限数量的模式为有限的时间间隔。可以检查相对于浴模式的同时激励的数量的收敛。将结果与包括通过使用Nest和Meyer的多配置时间相关Hartree方法进行的有限数量的谐波模式的计算进行比较，[J. Chem. Phys. 119，24（2003）]。在弱耦合区，在零温度和小激励的主要系统，这两种方法收敛到马尔可夫极限。当初始时，主系统被显著地激发，纺丝浴可饱和，从而限制能量接受。扩散激发的浴模式之间的相互作用项消除了饱和。分析了两个猫态之间的相位损失，自旋和谐波浴的结果几乎相同。对于较强的耦合，由两种类型的浴引起的动力学偏离。浴模式之间的纠缠的积累和程度的特点。仅在纺丝浴中，动力学在浴模式之间产生缠结。
Persisting correlations of a central spin coupled to large spin baths
量子比特的退散环境通常通过与大量自旋的耦合来描述。量子比特本身可以看作是自旋$S=1/2$，通常称为中心自旋。由此产生的中心自旋模型描述了退相干的一个重要机制。在有和没有磁场的情况下，我们为该模型中中心自旋的持续磁化提供了数学上严格的界限。特别是，我们表明，有一个很好的定义的无限数量的浴缸旋转的限制。只有当极弱耦合浴自旋的分数趋于100%时，才不会持续磁化。
Rabi oscillations, decoherence, and disentanglement in a qubit-spin-bath system: exact dynamics
我们研究环境相互作用对简单量子系统的影响，通过获得耦合到一维自旋浴的量子比特的精确约化动力学。与以前的研究不同，量子位-浴槽耦合和最近邻浴槽内耦合都被认为是自旋翻转XX型。我们首先研究了在自旋相干态下制备的自旋浴中单个量子比特的Rabi振荡，发现非共振和有限的浴内相互作用对量子比特动力学有显著的影响。接下来，我们讨论了当浴初始处于基态时，浴诱导的量子比特的退相干，并表明退相干特性依赖于自旋浴的内部相位。通过考虑量子位浴系统的两个独立副本，我们最后探讨了两个非相互作用纠缠量子位的解纠缠动力学。我们发现，当旋转浴处于临界阶段时，会出现纠缠猝死。我们证明了单量子比特退相干因子是两量子比特并发的一个上界。
Understanding central spin decoherence due to interacting dissipative spin baths
本文提出基于簇关联展开的新方法模拟中心自旋在相互作用耗散自旋浴中的退相干，并通过一维、二维自旋浴及金刚石近表面NV色心验证了方法的准确性与耗散的关键作用。
Time evolution and decoherence of a spin-1/2 particle coupled to a spin bath in thermal equilibrium
研究了自旋为1/2的粒子在局部外加磁场的影响下，与各向异性自旋环境在热平衡温度$T$下相互作用的时间演化.对于有限个自旋，本文给出了中心自旋约化密度矩阵的精确解析形式。无限数量的环境自旋的情况下，使用正常的高斯随机变量的重新标度浴运营商的收敛性进行了研究。在此限制下，我们推导出分析形式的反铁磁相互作用的布洛赫矢量的组件内浴，我们调查的短期和长期的行为减少动力学。讨论了外加磁场、各向异性和熔池温度对中心自旋退相干的影响。
Entanglement dynamics in a system attached to self-interacting spinbaths
研究了与热平衡池相连的系统自旋之间共享量子纠缠的动力学。中心自旋系统由纠缠的自旋组成，并与浴槽相连，其中一个浴槽具有较强的环境内耦合。研究了体系与浴槽之间的动力学关系，并推断环境内耦合作用对体系的影响。
Control of open quantum systems: Case study of the central spin model
我们研究了由经典场引导并与自旋浴相互作用的中心自旋的可控性，表明中心自旋是完全可控的，与浴自旋的数量无关。此外，我们发现，对于不平等的系统浴耦合，甚至浴变得可控的中心自旋单独作用。然后，我们数值分析如何实现门的中央自旋尺度与浴自旋的数量和猜想，对于相等的系统浴耦合，它达到饱和值的时间。我们提供的证据表明，有时噪音可以通过控制有效地抑制。
Universal destabilization and slowing of spin transfer functions by a bath of spins
本文研究了自旋浴对永久耦合自旋系统的自旋传递函数的影响。当每个自旋耦合到一个单独的环境中时，对第一激发扇区中传递函数的影响非常简单：群速度减慢了两倍，保真度因调制而不稳定。|cos Gt|其中G是与环境的均方耦合。
Numerical and Analytical Approach to the Quantum Dynamics of Two Coupled Spins in Bosonic Baths
在混合Wigner-Heisenberg表象中描述了自旋链与多玻色子浴相互作用的量子动力学。通过模拟两个耦合自旋的约化密度矩阵的时间演化来说明该形式主义，其中每个自旋也耦合到其自己的谐振子浴。为了证明该方法的有效性，在Born-Markov近似下求出了一个解析解，并证明了两种方法的一致性。
Decoherence dynamics of entangled quantum states in the $XXX$ central spin model
保持量子比特的相干性对于在实际中实现大规模量子计算机至关重要。本文研究了$XXX$中心自旋模型（CSM）中的中心自旋退相干问题，重点研究了具有不同初始纠缠的量子态，即浴内纠缠和系统-浴纠缠.我们解析地得到了它们的保真度、纠缠和量子相干性的演化。当初始浴自旋构成$N$ -粒子纠缠态（Greenberger-Horne-Zeilinger-bath或$W$ -bath）时，它们的保真度演化的主导振幅都标度为$\mathcal O(1/N)$，这与全极化浴的情况相同。然而，当中心自旋与其中一个浴自旋最大纠缠时，其保真度演化的幅度标度从$\mathcal O(1/N)$下降到$\mathcal O(1/N^2)$。这意味着适当的初始系统浴纠缠有助于抑制中心自旋退相干。此外，借助于系统浴纠缠，我们实现了中心自旋的量子相干性增强动力学，其中浴纠缠的消耗被证明起着核心作用。
Exact dynamics of the homogeneous two-qubit $XXZ$ central spin model with the spin bath prepared in superpositions of symmetric Dicke states
我们得到了两个相互作用的量子比特通过$XXZ$型耦合均匀耦合到自旋浴中的两个量子比特中心自旋模型（CSM）的精确动力学，自旋浴最初是由对称Dicke态的线性叠加制备的.使用相互作用的图片相对于模型的非自旋翻转部分的哈密顿量，我们推导出一个序列的运动方程内的每个磁化扇区所满足的概率振幅的时间演化状态。这些运动方程允许单量子比特CSM的解析解，其中两个中心量子比特之一与系统的其余部分重叠。在此基础上，我们对在自旋相干态下制备的浴槽中观察到的单量子比特拉比振荡中的自旋回复现象给出了定量解释。然后，我们研究了两个初始纠缠的非相互作用的量子比特的解纠缠和相干动力学时，两个量子比特与单独的浴或与一个共同的浴。对于单个浴的相干动力学被发现是正相关的单量子比特的纯度动力学，纠缠突然消失和复苏观察在这两种情况下。我们还研究了两个初始可分离的量子比特耦合到一个公共浴池中的纠缠产生，观察到了纠缠动力学中的坍缩和复活行为。最后，我们选取等权态和$W$类态作为浴态的初始态，研究了两个浴态自旋之间的纠缠动力学，并证明了这种系统中的纠缠共享机制.
Coherence and control of quantum registers based on electronic spin in a nuclear spin bath
我们考虑一个协议，用于控制几个量子位寄存器，包括一个电子自旋嵌入在核自旋浴。我们展示了如何从环境的其余部分中隔离出几个近端核自旋，并将它们用作潜在可扩展的量子信息处理器的构建块。我们描述了如何相干控制技术的基础上磁共振方法可以适应这些电子-核固态自旋系统，不仅提供有效的，高保真度的操作的寄存器，但也从自旋浴去耦。作为一个例子，我们分析了可行的性能和实际的限制，在一个现实的设置与金刚石中的氮空位中心。
Initial correlation in a system of a spin coupled to a spin bath through an intermediate spin
强系统浴关联是许多凝聚态系统和某些量子光学系统的典型初始条件。在这里，通过一个中间自旋与纺丝浴相互作用的自旋动力学进行了研究。考虑了自旋和中间自旋之间的初始相关性。找到了自旋演化算符的精确解析表达式，并将相关投影超算符技术应用于该模型，导出了二阶无时间卷积主方程。结果表明，无时间卷积的二阶主方程再现了1/γ量级时标的精确动力学，其中γ是中心自旋与中间自旋的耦合.研究发现，在约化系统的动力学过程中，初始体系-浴槽关联具有很强的依赖性，这种依赖性是不可忽略的。
Arbitrary spin in a spin bath: Exact dynamics and approximation techniques
本文考虑了一个任意自旋耦合到一个自旋为1/2的星型星系的模型。中心自旋的精确约化动力学的情况下，系统和浴的非相关的初始条件。精确的解决方案是用来测试两个近似技术，即Nakajima-Zwanzig投影算子技术和对应于二阶耦合常数的时间卷积投影算子技术。两种类型的投影算子用于推导主方程，并将结果与中心自旋等于1的精确解进行了比较。结果表明，近似主方程再现了时间尺度$1/(A\sqrt{N})$上的精确动力学，其中A是耦合常数，N是浴中的自旋数。
Thermalization in Solid-State NMR Controlled by Quantum Chaos in Spin Bath
我们从理论上研究了量子自旋浴驱动的热化和自旋扩散的一个现实的固态NMR实验。我们考虑多晶L-丙氨酸，并探讨如何在几个$^{13}$ C核自旋，通过偶极-偶极耦合与浴强偶极耦合$^1$ H核（质子）自旋的自旋极化传播。我们使用直接数值模拟的多自旋时间相关的薛定谔方程。我们发现，虽然位于碳位点附近的质子自旋与$^{13}$ C自旋的相互作用最强，但仅这种相互作用不足以驱动自旋扩散并使$^{13}$ C核自旋热化。我们表明，热化内的$^{13}$ C子系统是由集体多体动力学的质子自旋浴，具体地说，热化的发病之间的$^{13}$ C自旋是直接相关的质子自旋浴中的混沌行为的发病。因此，$^{13}$ C子系统内的热化和自旋扩散由远离C位点的质子自旋控制。尽管它们与$^{13}$ C自旋的耦合很弱，但这些遥远的质子有助于产生一个具有集体动力学的强耦合质子自旋网络，从而驱动热化。
Suppression of decoherence by bath ordering
作为Tessieri-Wilkie哈密顿量\cite{TWmodel}的扩展模型，研究了两个自旋为1/2的耦合到自旋池中的动力学.作为开放子系统的自旋对在Bell态中的一个态中制备，并且由一些自旋-1/2组成的浴从一开始就处于热平衡状态。结果表明，随着熔池自旋耦合强度的增加，熔池形成共振反铁磁序。孤立子系统的两个自旋之间的极化关联和共生现象在一定程度上得到了恢复。这种子系统退相干的抑制可以用于在实际应用中控制量子器件。
Bang-Bang control of a qubit coupled to a quantum critical spin bath
我们用解析和数值方法研究了脉冲控制对耦合到量子自旋浴中的量子比特的退相干的影响。当环境是关键的，退相干更快，我们表明，控制是相对更有效的。两个耦合模型进行了研究，即量子位耦合到浴通过一个单一的链接和自旋星模型，产生的结果是相似的和一致的。
Spin bath narrowing with adaptive parameter estimation
我们提出了一种测量方案，能够实现量子极限的参数估计使用自适应策略，最大限度地减少参数的方差在每一步。我们提出的自适应规则，使该计划对错误的鲁棒性，特别是不完美的读数，一个关键的要求，扩展自适应方案从量子光学固态传感器。由于固态电子自旋（例如金刚石中的氮空位中心）的单次读出能力的最新进展，该方案也可以应用于估计与传感器自旋耦合的旋转浴的极化。反过来，测量过程降低了旋转浴的熵，导致传感器旋转的相干时间更长。
Non-Markovian dynamics of a single electron spin coupled to a nuclear spin bath
我们将无时间卷积（TCL）投影算子技术应用于中心自旋通过非均匀海森堡相互作用耦合到自旋浴的模型。的二阶结果的TCL方法的凝聚力和人口的中心自旋的解析确定，并与数值模拟的全冯诺依曼方程的整个系统。TCL的方法被发现产生一个很好的近似在强场制度的描述的短时间动态和长时间的行为。
Entanglement Sharing and Decoherence in the Spin-Bath
纠缠的一夫一妻制性质已经通过纠缠共享不等式的推导得到了说明-纠缠量的界限可以在多体系统的各个部分之间共享。受最近的研究退相干的启发，我们展示了一个有趣的表现，这种现象出现在系统-环境模型中，其中存在的模式或子系统的环境之间的相互作用。我们在自旋浴环境中研究了这一现象，构造了一个纠缠共享不等式，根据单个浴自旋之间的成对纠缠，将中心自旋与环境之间的纠缠联系起来。这个结果的关系，以消相干将说明使用简化的系统浴模型的消相干。
Spin bath interactions effects on the geometric phase
在开放量子系统的框架下，计算了一个自旋为1/2的粒子与N个自旋为1/2的粒子组成的外部环境耦合时的几何相位。我们分析了退相干因子和几何相位的偏差下的非幺正演化下得到的一个幺正之一。我们显示依赖于系统的和浴的参数和分析的有效范围内的微扰近似。最后，我们讨论了我们的结果的影响。
Adiabatically-manipulated systems interacting with spin baths beyond the Rotating Wave Approximation
本文通过超越旋转波近似的微扰方法，研究了三态系统与自旋浴弱耦合时受激拉曼绝热通道的粒子数转移效率，发现环境效应通常可忽略，从而验证了该过程的鲁棒性。
Quantum Dynamics in Classical Spin Baths
介绍了一种研究嵌入在经典旋转浴中的量子系统动力学的形式。该理论是基于广义反对称括号，并预测存在开放路径非对角几何相位的密度矩阵的演变。该方程的弱耦合极限可以通过标准算法积分，并为经典自旋环境中量子系统的计算机模拟提供了一种非马尔可夫方法。本文所提出的理论和数值格式具有广泛的适用性。
Channel Capacities of an Exactly Solvable Spin-Star System
我们计算了一个精确可解的自旋星系统的纠缠辅助和无辅助通道容量，该系统模拟了量子退相通道。这种非马尔可夫模型的能力表现出强烈的依赖于浴自旋与系统的耦合强度，浴温度，浴自旋的数量。对于相等的耦合和浴频率，信道变得周期性无噪声。
Non-Markovian dynamics of a qubit coupled to an Ising spin bath
研究了耦合到自旋浴的单量子比特系统的解析可解伊辛模型。本研究的目的是分析和阐明马尔可夫和非马尔可夫主方程描述系统量子比特的动力学的性能，与精确解相比。我们发现，无时间卷积主方程表现特别好，直到四阶的系统浴耦合常数，相比Nakajima-Zwanzig主方程。马尔可夫方法的票价差，由于无限浴相关时间在这个模型中。最近提出的后马尔可夫主方程执行时间卷积主方程的适当选择的内存内核，并优于所有的近似方法在这里考虑在很长一段时间。我们的研究结果揭示了主方程的适用性，以减少系统动力学的描述中存在的自旋浴。
Anisotropic electron-nuclear interactions in a rotating quantum spin bath
中心量子比特自旋与周围自旋池之间的相互作用对于基于自旋的固态量子传感和量子信息处理是至关重要的。自旋浴相互作用通常是强各向异性的，并且快速物理旋转长期以来一直用于固态核磁共振中以模拟各向异性相互作用的运动平均，例如核自旋之间的偶极耦合。在这里，我们表明，氮空位中心的电子自旋和$^{13}$ C核自旋浴在高达300，000 rpm旋转的金刚石之间的相互作用通过核自旋拉莫尔进动的频率调制引入到系统中的退相干。平均偶极耦合所需的离轴磁场的存在导致电子-核超精细相互作用的旋转依赖性，这不能用实验上可实现的旋转速度来平均。我们的研究结果提供了新的见解，使用物理旋转的量子控制与量子系统的运动和旋转的自由度是不固定的影响。
An efficient scheme for numerical simulations of the spin-bath decoherence
我们证明了切比雪夫展开方法是研究量子系统自旋浴退相干的一个非常有效的数值工具。我们考虑了在研究由少量耦合自旋组成的量子系统的退相干时出现的两个典型问题：（i）确定系统的指针态，（ii）确定量子振荡的时间衰减。正如我们的研究结果表明，对于确定指针状态，基于切比雪夫的计划是至少一个因素的8比现有的算法的基础上的铃木-特罗特分解。对于第二类问题，基于Chebyshev的方法比基于Suzuki-Trotter的方法快3- 4倍。这一结论定性地适用于具有不同自旋浴和不同哈密顿量的广泛系统。
Negativity of quantumness and non-Markovianity in a qubit coupled to a thermal Ising spin bath system
我们提出了一个方案来描述非马尔可夫动力学和量化的非马尔可夫性通过衡量的非经典的量子性的负。通过考虑一个量子比特与一个临界伊辛自旋浴接触，并引入一个辅助，我们表明，量子性的负性的复苏表明非马尔可夫动力学。在此基础上，提出了一种基于量子数负性的归一化非马尔可夫性测度，并讨论了熔池临界度、熔池温度和熔池尺寸对非马尔可夫性的影响。结果表明，在临界点处，非马尔科夫性随旋转浴尺寸的衰减最快，并且仅在热力学极限下非马尔科夫性恰好为零。此外，对于初态参数之间的不同关系，还发现了量子度负性的突变、双突变和保持不变等非平凡行为。最后，如何非经典的系统是由一系列的bang-bang脉冲的影响也检查。
Quantum correlations of Two-Qubit XXZ Heisenberg Chain with Dzyaloshinsky-Moriya interaction coupled to bath spin as non-Markovian environment
研究了两个自旋为1/2的量子比特在$z$ -方向的局部外磁场作用下的量子关联（纠缠和量子不和谐）动力学.我们发现，随着$D_{z}$的增大和$J_{z}$的减小，反铁磁和铁磁材料的纠缠度和量子不协调度都增大。不，这种增长更多的是铁磁材料。此外，我们还发现，随着温度的升高和还原体系与浴之间的耦合常数的增大，纠缠和量子不协调减小。但是，巴斯自旋内部的强量子关联降低了退相干效应。我们讨论了中心自旋的组成材料的类型，它可以加速量子信息处理，因此，我们认为可以通过正确选择约化系统（$J$，$J_{z}$，$D_{z}$）的属性来改善和控制量子信息处理。
Suppression of spin bath and low-frequency noise for sub-MHz AC magnetometry based on double-dressed spin qubit in diamond
本文提出利用级联连续动力学解耦形成单、双缀饰态以抑制金刚石量子比特的自旋浴耦合和低频噪声，实现低于1 MHz弱AC信号检测，SNR最高达17。
Resolving Remoter Nuclear Spins in a Noisy Bath by Dynamical Decoupling Design
我们利用一系列新颖设计的动力学解耦控制器，在实验上解决了金刚石中几个弱耦合核自旋的问题。在普通动力学解耦控制下，一些被退相干隐藏的核自旋信号在时域中向前移动到相干时间范围，从而免于被噪声自旋浴淹没的命运。通过这种方式，解决了更多、更远的单核自旋。此外，检测场可以在亚纳米级上连续调谐。这种方法扩展了纳米级磁力测量的能力，并可应用于其他系统的高分辨率噪声光谱。
Exact quantum jump approach to open systems in Bosonic and spin baths
通过蒙特卡罗模拟技术，发展了一种能精确处理开放系统的非马尔可夫量子动力学的一般方法。该方法是基于一个随机制定的冯诺依曼方程的复合系统，并采用了一对产品状态以下的马尔可夫随机跳跃过程。该方法的性能示出通过随机模拟的开放系统的动态相互作用与玻色子水库在零温度下，并与自旋浴在强耦合制度。
Dynamics and thermodynamics of a central spin immersed in a spin bath
本文导出了中心自旋与热自旋相互作用的精确约化动力学映射及其算符和表示。中心自旋的动力学表现出高的量子特性的可持续性，如在低温制度的相干性和纠缠。然而，对于足够高的温度，当浴粒子的数量接近热力学极限时，这种功能消失，动力学密切模仿马尔可夫演化。详细研究了中心量子比特的长时均态性质和初始态的捕获信息，证实了动力学的非遍历性可以归因于有限的温度和有限的浴槽尺寸.结果表明，只要满足一定的严格共振条件，长时均态就保持了量子相干性，这对量子器件的工程设计具有深远的技术意义.导出了正则型的精确的时间局域主方程。利用这个主方程，通过考察系统的细致平衡条件和不可逆熵产生率，研究了中心自旋系统的非平衡性质。结果表明，中心量子位仅在极高温度和大量浴自旋的极限下才会热化。
Non-Markovian dynamics in a spin star system: The failure of thermalization
在大多数情况下，与热浴弱相互作用的小系统将最终达到浴的温度的热状态。我们表明，这种直观的图片并不总是真实的自旋星模型中的非马尔可夫效应占主导地位的整个动力学过程。自旋星系统由一个中心自旋均匀地与一个相同的非相互作用自旋系综相互作用组成。我们发现，该浴的关联时间是无穷大的，这意味着该浴具有完美的记忆，并且中心自旋的动力学演化必然是非马尔可夫的。一个直接的结果是，中心自旋的最终状态不是与浴的热态平衡，而是取决于其初始状态的稳态。
Pulse control of sudden transition for two qubits in XY spin baths and quantum phase transition
我们研究了两个初始相关的量子比特耦合到自己的独立的自旋浴模型的XY自旋链的动力学，并找到了明确的表达系统的量子不和谐。通过选择一定的初始态，发现在经典退相干和量子退相干之间存在一个突变。我们证明了突变发生在临界点附近，这为描述量子相变提供了一种新的方法。此外，我们还提出了一个利用bang-bang脉冲来延长量子不和谐跃迁时间的方案。
Decoherence as a relative phenomenon: a generalization of the spin-bath model
在本文中，我们提出了一个封闭系统的角度来研究退相干。从这个角度来看，我们分析了文献中提出的旋转浴模型，以及该模型的自然推广。从该分析中获得的结果的基础上，我们认为，退相干可以理解为一种现象，相对于一个封闭的系统，在每个特定的情况下选择的分区。这一观点使退相干程序从其开放系统观点所产生的某些概念上的困难中解脱出来。我们还认为，通常的图片退相干方面的能量耗散是误导。
Mean field master equation for self-interacting baths II: extension to time-dependent subsystem Hamiltonians
一个平均场参数是用来推导出一个主方程的系统同时相互作用的外部领域和耦合的环境自由度。我们证明了这个主方程保持约化密度矩阵的正性。主方程的解决方案进行了比较，由三个自旋，这是操纵与一个序列的激光脉冲，同时与自旋浴相互作用的系统的精确解。随着浴旋转次数的增加，精确解似乎收敛于主方程结果。
Qubit Entanglement Dephasing Dynamics Driven by a Bath of Spins
研究了两自旋系统与不同组态自旋环境通过z-x型相互作用耦合时的纠缠动力学。本文所考虑的模型都解决了解析和数值计算产生一些简洁的解析表达式时，适当的近似。我们的目的是发现具有不同自旋数的环境的初始态如何影响中心量子比特之间纠缠的衰减或恢复。特别地，我们发现块纠缠环境可以加速量子比特纠缠的衰减和恢复。我们的研究结果表现出一些有趣的功能，还没有发现一个玻色子浴。
Observing coherence in an incoherent paramagnetic nitrogen spin bath
本文利用金刚石NV色心测量非极化P1中心的自旋相干性，通过周期性塌缩与复苏信号揭示其与$^{13}$C核自旋的偶极耦合，并证明NV色心与P1自旋耦合到独立的核自旋系综，展示了非极化暗态自旋在环境信息提取和多体相互作用研究中的价值。
Symmetry and Explicit Marking of the Critical Phase in Two-Bath Spin-Boson Model
自旋玻色子模型是研究退相干、弛豫、纠缠和其他在与环境自由度耦合的量子系统中出现的效应的范例。在零温度下，局域化-离域相变是已知的存在于亚欧姆制度，其中的标准密度矩阵重整化群算法是不够的，由于在低频模式的数量的发散。通过对称优化声子基和引入一个能解释两浴自旋玻色子模型U（1）对称性的序参量，我们能够明确地确定相变的分类和临界性，从而避免了这一限制.与变分结果相比，临界相的特点是在两个浴玻色子位移的自发消失，从而在一个准确的相图与三个模型参数。
Controlling the quantum dynamics of a mesoscopic spin bath in diamond
理解和减轻退相干是量子科学和技术的关键挑战。固态纺丝系统退相干的主要来源是不受控的纺丝浴环境。在这里，我们展示了在室温下金刚石中的介观自旋浴的量子控制，该自旋浴由取代氮杂质的电子自旋组成。使用单个氮空位（NV）中心电子自旋作为磁场传感器探测所得的自旋浴动力学。我们利用旋转浴控制来动态地抑制由旋转浴引起的NV自旋的退相。此外，通过结合自旋浴控制与动力学解耦，我们直接测量的相干性和时间相关的不同组的浴自旋。这些结果为退相干的基础研究开辟了一个新的领域，并为基于自旋的磁学和量子信息处理提供了新的途径。
Adiabatic manipulation of a system interacting with a spin-bath
本文分析了受激拉曼绝热通道在与自旋浴相互作用系统中的应用，利用旋转波近似简化处理并评估总幺正演化，揭示了不同耦合与失谐机制下布居数转移效率的变化及强阻尼下效率降低的Zeno子空间成因。
Probing the collective dynamics of nuclear spin bath in a rare-earth ion doped crystal
探测集体自旋动力学是磁共振光谱学领域的当前挑战，并且在材料分析和量子信息协议中具有重要应用。近年来，稀土离子掺杂晶体成为制备长寿命量子存储器的一个有吸引力的候选材料。进一步提高其性能将受益于对晶体中核自旋池动力学的直接了解。本文用动态退耦谱方法研究了晶体中稀土离子周围核自旋池的集体动力学。从测量的光谱中，我们分析了自旋浴的组态，并在一个长的时间尺度（$\sim $ 1 s）上描述了两个相关核自旋之间的翻转时间。此外，我们还从实验上证明了稀土离子可以作为外磁场的磁量子传感器。这些结果表明，稀土离子是一个有用的探针复杂的自旋动力学在固体中，并使量子传感在低频制度，揭示在不同领域的应用前景的可能性。
Spin relaxation dynamics with a continuous spin environment: the dissipaton equation of motion approach
我们通过耗散运动方程（DEOM）方法研究了自旋与独立自旋耦合的量子动力学。浴，其特征在于一个连续的谱密度函数，是由自旋的su（2）李代数描述的独立的水平系统。这代表了一类极端的非谐波环境。基于Suarez和Silbey [J. Chem.Phys.95，9115（1991）]和Makri [J. Chem.Phys.111，6164（1999）]得出的结论，即在其线性响应极限下，纺丝浴可以映射到高斯环境，我们从微观角度推导了纺丝浴的波动耗散定理（FDT），并将讨论推广到任意浴自旋量子数S的情况。其次，时域Prony拟合分解方案被应用于FDT给出的裸浴时间关联函数（TCF），以生成用于DEOM构造的指数衰减基（或伪模）。该策略的精度和效率已经证明了各种数值结果。我们设想这项工作提供了新的见解，将分层运动方程（HEOM）和DEOM方法扩展到具有任意TCF或谱密度的某些类型的非调和环境
Hyperfine spin qubits in irradiated malonic acid: heat-bath algorithmic cooling
执行量子纠错的能力是可扩展的量子信息处理的显著障碍。多轮量子纠错的关键要求是从辅助量子比特动态提取熵的能力。热浴算法冷却是一种使用量子逻辑操作将熵从一个子系统移动到另一个子系统的方法，并允许将自旋量子位冷却到闭合系统（香农）界限以下。伽马辐照的、$^{13}$ C标记的丙二酸提供多达5个自旋量子位：1个自旋半电子和4个自旋半核。原子核是强烈的超精细耦合到电子，可以通过利用超精细相互作用的各向异性部分或通过使用脉冲电子-核双共振（ENDOR）技术来控制。电子将原子核连接到一个由电子的热自旋极化决定的更冷的有效温度的热浴中。通过准确地确定完整的自旋哈密顿量和进行现实的算法模拟，我们表明，实验演示的热浴算法冷却超过香农界是可行的，在这两个3量子比特和5量子比特的变体自旋系统。类似的技术可以用于极化分子或晶体系统中的原子核，其允许电子自旋的非平衡光学极化。
Nonunital non-Markovian dynamics induced by a spin bath and interplay of quantum Fisher information
我们探讨了沉浸在自旋浴中的量子比特的非么正非马尔可夫动力学。研究了非么正环境对量子参数估计精度的影响。得到了描述开放动力学过程的含时传递矩阵和不均匀性向量。研究了量子比特相干矢量的演化，从几何上证明了非么正非马尔可夫效应。在非么正非马尔可夫动力学中，给出了最大混合态与任意轨道态之间保真度角的恢复。非么正性的程度可以通过改变量子位的局部磁场和自旋浴温度来控制。发现复合态的量子费舍尔信息的增加与非单位非马尔可夫效应有关，这有助于量子精密测量的改进。
Dephasing in the central spin problem with long-range Ising spin-bath coupling
本文证明了中心自旋模型中存在无序和多种耦合形式时退相位的高斯近似的有效性，并发现短程耦合下该近似失效，为量子技术中的退相干研究提供理论框架。
Quenching Spin Decoherence in Diamond through Spin Bath Polarization
我们的实验表明，自旋的退相干由纺丝浴可以完全消除完全极化的纺丝浴。我们用240 GHz和8 Tesla的电子顺磁共振研究了金刚石中氮空位中心和氮杂质从室温到1.3 K的自旋相干时间$T_2$。在低于塞曼能（11.5 K）时观察到$T_2$的急剧增加。的数据很好地描述了由于热自旋极化的触发器引起的自旋浴波动的抑制。$T_2$在低于2 K的$\sim 250 μs$下饱和，其中纺丝浴极化为99.4%。
Decoherence of a single spin coupled to an interacting spin bath
用精确运动方程（EOMs）方法和切比雪夫展开技术（CET）研究了中心自旋通过非均匀海森堡耦合到相互作用自旋池的退相干.通过假设一个车轮拓扑的浴自旋均匀最近邻$XX$型浴内耦合，我们研究了中心自旋动力学与浴制备在两种不同类型的浴初始条件。对于强磁场中的完全极化溶液，中心自旋的极化动力学在中间时间区域表现出一种自旋回复行为。在反铁磁浴初始条件下，这两种方法给出了$N\leq14$浴自旋的有限尺寸浴的中心自旋退相干动力学。发现退相干因子在短时间尺度上突然下降，并接近一个有限的平台值，该平台值非单调地依赖于浴内耦合强度。在超强浴内耦合制度，平台值显示振荡行为取决于是否$N/2$是偶数或奇数。观测结果定性解释的框架内的EOM和扰动分析。简要讨论了各向异性纺丝浴耦合和非均匀浴内耦合的影响。在一个修改的量子围栏设置的模型的可能的实验实现的建议。
Detecting spin bath polarization with quantum quench phase shifts of single spins in diamond
单量子位传感协议可以用于测量量子位浴耦合参数。然而，对于足够大的耦合，感测协议本身扰动浴，这被预测为导致感测测量中的特征响应。在这里，我们观察到这种浴扰动，也被称为量子淬火，通过准备核自旋浴的氮空位（NV）中心在极化的初始状态，并进行相位分辨自旋回波测量的NV电子自旋。这些测量揭示了由浴的初始状态确定的时间依赖性阶段。我们推导了传感器相位与高斯旋转浴偏振之间的关系，并将其应用于重建轴向和横向偏振分量。利用这一见解，我们优化了我们的动态核极化序列的转移效率。这种直接测量浴极化的技术可能有助于制备高保真量子存储状态，改进纳米级NMR方法，并研究非高斯量子浴。
Bath Assisted Cooling of Spins
施加到耦合到玻色子浴的自旋的适当的尖脉冲序列可以冷却其状态，即，增加其极化或基态占据概率。从与浴平衡的自旋的非极化状态开始，可以在比退相干时间短的时间内达到非常低的温度或相当大的极化。对于自旋在磁浴上的反作用所产生的效应，磁浴和外场都是必要的。这种方法可以应用于立即冷却无序自旋系综。由于浴对于该机制至关重要，因此冷却极限由其与自旋的相互作用的强度设定。
Spin-bath polarization via disentanglement
旋浴极化是提高量子传感和信息处理灵敏度的关键。大量的努力已经投入到确定量子化的后果和控制自旋浴极化。在这里，相比之下，我们专注于量子关联（纠缠）在旋转浴中的不利作用，可以在许多现实场景中阻碍其冷却。我们建议通过修改冷却方案来消除这种障碍，通过交替的非交换探针浴相互作用来结合探针诱导的解纠缠，从而抑制浴中量子相关的积累。由此，所得的浴极化呈指数增强。基本的热力学原理对量子技术应用有着深远的影响
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