Preferred basis, decoherence and a quantum state of the Universe
本文综述了量子理论和量子宇宙学基础中的一些问题，特别是量子力学多世界解释中的优选基问题，这种解释与退相干现象的关系，退相干方法在量子宇宙学中的应用，多世界解释与人择原理的关系以及量子经典对偶性的概念。我们还讨论了由特殊微正则密度矩阵表示的宇宙基本混合量子态的概念及其在时空几何和量子物质场上以半经典处理的路径积分形式的动力学实现。这些问题可以被认为是H. D.泽慷慨地留给我们在他的两个开创性的论文发表在七十年代初的基础物理学。
2020-06-28 gr-qc hep-th quant-ph
New bases for a general definition for the moving preferred basis
环境诱导退相干（EID）方法的挑战之一是提供一个简单的移动指针基或移动首选基的一般定义。在这封信中，我们证明了在非幺正演化中产生衰减模的极点的研究，可以得到弛豫、退相干时间和移动优选基的一般定义。这些可能是退相干理论中最重要的概念，退相干理论是量子力学理论（也是实践）中最相关的章节之一。作为一个例子，我们解决了奥姆内斯（或李-弗里德里希）模型使用我们的理论。
2011-03-31 math-ph math.MP quant-ph
Entanglement-induced Decoherence and Energy Eigenstates
利用量子混沌领域的最新结果，我们导出了系统-环境纠缠引起的退相干时间尺度的显式表达式。对于一般的系统-环境相互作用和一般的量子混沌系统作为环境，导出了能量本征态在弱耦合区成为优选态的条件。一个简单的模型被引入到数字上证实我们的预测。这些结果也有助于理解混沌量子系统中量子纠缠产生的动力学过程。
2008-01-25 quant-ph
Disentanglement and decoherence in a pair of qutrits under dephasing noise
本文研究了一对三能级原子在多局域和集体纯退相噪声作用下的退纠缠和退相干率。二分纠缠的衰减率，从上面的负性的限制，被发现是大于或等于的退相退相干率的特征在于在相应的全密度矩阵描述的系统或减少的密度矩阵描述任一quutrit的非对角元素的衰减，扩展以前的结果量子比特对受到这样的噪声。
2009-11-04 quant-ph
Quantum Brownian motion as an iterated entanglement-breaking measurement by the environment
爱因斯坦-斯莫鲁霍夫斯基扩散、阻尼谐振和空间退相干是一类在线性辛变换下不变的马尔可夫量子布朗运动模型的特例。在这里，我们证明，对于这个类的每个成员有一个优选的时间尺度，这样的动态，考虑频闪，可以重写完全作为单一的演化中断周期性的纠缠打破测量相对于一个固定的超完备集的纯高斯态。这是相关的持续搜索的最佳方式来描述指针状态和纯退相干系统中的连续变量，并给出了一个具体的意义上说，退相干可以说是从一个完整的测量系统的环境。我们还将Diósi和Kiefer的一些结果扩展到辛协变形式主义，并将它们与POVM形式相关的首选时标和高斯态进行比较。
2016-02-03 quant-ph
Preferred Basis in Coupled Electron-Nuclear Dynamics
Chungbuk National University（忠北国立大学）；Research Institute for Nanoscale Science and Technology（纳米科学与技术研究所）
本文借鉴退相干理论中的指针态和偏好态概念，为强耦合电子-核系统提出一种自然高效的动力学基，并据此重新审视混合量子-经典方法，阐明其成功条件与改进路径。
2025-11-06 physics.chem-ph quant-ph
Decoherence of Dynamically Manipulated Qubits
我们总结了在热玻色子环境中，外控双态量子系统（量子比特）的中短时动力学的退相干研究结果。所开发的近似方案示出的绝热模型与时间相关的门控制，和一个模型与行波门功能。
2006-11-02 quant-ph
Is the Preferred Basis selected by the environment?
我们证明了在量子测量中，优选基是由仪器和量子系统之间的相互作用决定的，而不是由环境决定的。这种相互作用纠缠着三个自由度，一个是我们感兴趣并由相互作用保持的系统自由度，一个是由于相互作用而携带变化的系统自由度，还有一个总是被忽略的设备自由度。考虑到所有三个自由度，复合状态只有一个分解，这保证了该设备最终将在我们日常经验的预期偏好基础上结束。指出了环境诱导超选择（Einselection）方法在解决优选基问题时存在的一些问题，澄清了人们对环境退相干和优选基问题的一个普遍误解.
2014-12-09 gr-qc quant-ph
Decoherence and pointer states in small antiferromagnets: A benchmark test
研究了四自旋1/2反铁磁体与自旋1/2粒子环境耦合时的退相干过程。在两种极限情况下讨论了反铁磁体的优选基础，并确定了两个$\it{exact}$指针状态。两个极限附近的退相干检查，从而熵是用来量化的$\it{robustness}$的状态对环境的耦合。我们发现，接近量子测量极限，感兴趣的系统的自哈密顿量可以成为动态相关的宏观时间尺度。我们说明了这一点，通过明确地构建一个状态，是更强大的比（通用）状态对角的系统-环境相互作用的哈密顿量。
2017-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Emergence of the Classical from within the Quantum Universe
退相干显示了量子系统的开放性--与环境的相互作用--如何抑制量子性的公然表现。Einselection解释了首选准经典指针态的出现。量子达尔文主义超越了退相干。它假定由负责退相干的监测环境获得的信息以许多副本在环境中传播，因此观察者可以访问。观察者利用环境作为交流渠道获取信息的这种间接性质，是客观经典实在从量子基底中显现出来的机制：感兴趣的系统的状态不受获取信息的主体的直接测量（因此，不受扰动）。因此，它们可以不受观察者获得的信息的影响而存在。
2021-07-07 quant-ph
Decoherence, Einselection, and the Existential Interpretation (the Rough Guide)
描述了退相干和环境诱导的超选择在从量子衬底中产生经典中的作用。非选定量子指针态与环境之间的关联稳定性使得它们几乎像经典态曾经被认为存在的那样客观地存在：有一些方法可以找到系统的指针态，这些方法利用它们与环境的关联冗余，并且使非选定态基本上不受扰动。某些量子态的这种相对客观的存在有利于量子环境中概率的操作定义。此外，一旦有状态“存在”并且可以“发现”，传统意义上的“崩溃”就不再必要了--实际上，它已经发生了。观察者的记录将包含有效崩溃的证据。的作用，在处理和存储的信息的首选状态被强调。存在性解释的基础上的相对客观存在的稳定的相关性之间的einselected状态的观察者记忆和外部宇宙的制定和讨论。
1998-05-21 quant-ph
Environment as a Witness: Selective Proliferation of Information and Emergence of Objectivity in a Quantum Universe
我们研究了在开放量子系统的退相干过程中，储存在环境中的信息所起的作用。信息的冗余传播--系统的某些可观测量可以从环境的许多不同片段中独立地"读出“--被认为是有效客观性的关键，是"经典现实”的基本组成部分。这种将环境作为观察者了解物理系统的通信渠道的关注强调了量子达尔文主义的重要性--由退相干动力学以其叠加为代价选择的“最适合状态”的信息的选择性扩散--因为冗余强制了优选的可观测量的存在。我们证明，唯一的可观的，可以留下多个印记的环境是熟悉的指针可观的环境诱导的超选择（einselection）挑选出来的可预测性。因此，许多监测环境的独立观察者将同意系统的属性，因为他们只能了解首选的可观测值。在这种操作意义上，信息的选择性传播导致了一个客观的“经典现实”从量子基质中出现。
2005-11-02 quant-ph
Adiabatic quantum dynamics under decoherence in a controllable trapped-ion setup
抑制非幺正效应是量子计算和量子控制中的一个主要挑战。在本论文中，我们通过考虑周围环境中的绝热动力学，从理论和实验上分析了开放量子系统中绝热性的鲁棒性。更具体地说，通过考虑一个散肩的情况下，我们利用绝热近似的有效性条件，以及其灵敏度的共振情况下，通常会损害绝热封闭系统。作为例子，我们实现了一个振荡的Landau-Zener哈密顿量，这表明消相干可以驱动具有高介电常数的谐振系统的绝热行为的开放系统。此外，我们还实现了绝热量子算法的Deutsch问题，其中的区别是建立在开放系统绝热密度算符和目标纯态的计算过程中预期。然后分析用于获得期望结果的优选时间窗口。我们通过实验实现了这些系统，通过一个单一的被困的镱离子$^{171}$ Yb $^+$，其中离子超精细能级被用作自由度的两个能级系统，驱动场和散肩强度有效地可控。
2019-06-18 quant-ph
Controlling the entropic uncertainty lower bound in two-qubit systems under the decoherence
不确定原理是量子力学的一个固有特性。这一原则可以用各种形式表述。基本上，这个原理可以用测量的可观测值的标准偏差来表示。在量子信息理论中，表达熵不确定关系的优选数学量是香农熵。在这项工作中，我们考虑广义熵的不确定性关系，其中有一个额外的粒子作为量子存储器。Alice测量她的粒子$A$，Bob用记忆粒子$B$预测Alice的测量结果。研究了在弱测量和测量反转情况下环境对熵不确定度下界的影响。本工作的动力学模型是：首先对量子系统进行弱测量，然后退相干对系统产生影响，最后对量子系统进行测量反转。在这里，我们考虑广义振幅阻尼信道和去极化信道作为环境噪声。我们将证明，在弱测量和测量反转的存在下，尽管存在环境因素，熵的不确定性下限下降到一个最佳的最小值。事实上，弱测量和测量反转增强了子系统$A$和$B$之间的量子关联，从而Bob关于Alice的测量结果的不确定性降低。
2018-12-23 quant-ph
Optimal control for maximally creating and maintaining a superposition state of a two-level system under the influence of Markovian decoherence
减少退相干是实现通用量子计算机的重要一步，超越了目前嘈杂的中间尺度量子计算机（NISQ）。为此，经常采用动态解耦（DD）方法，其中外部场被施加到量子位。我们数值研究DD使用两个级别的模型系统（量子比特）的影响下，马尔可夫退相干通过使用量子最优控制理论略有修改的设置，其中的物理目标是最大限度地创建和维持一个指定的叠加态在指定的控制周期。通过系统地改变失相、粒子数衰减、脉冲能量密度和控制周期等参数，并采用两种目标泛函，数值设计了最优脉冲。尽管由于退相干导致的纯度降低导致目标期望值的上限，即，饱和值，最佳成形脉冲通过逐渐创建目标叠加态以尽可能实现饱和值来有效地处理退相干。
2022-09-21 quant-ph
Preferred States of Open Electronic Systems
系统与环境的相互作用可能会导致量子相干性的动态破坏，从而产生一种称为指针态的特殊表示。在这里，指针状态的开放电子系统进行了研究。通过两种不同的模型，即Büttiker的虚探针模型和极化子图像中的电子-声子相互作用，考虑了退相干效应。研究了不同耦合强度下系统的指针态。通过实时跟踪密度矩阵的本征态来识别指针态。结果表明，在任意耦合强度下，都可以出现指针态。在强耦合极限下，指针态变形为系统的本征态，表明在强耦合极限下量子性消失。
2019-04-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence Mitigation by Embedding a Logical Qubit in a Qudit
存储在量子位中的量子信息会迅速丢失到环境中。鲁棒量子比特的实现是量子计算中最重要的挑战之一。在此，我们提出将逻辑量子比特嵌入量子比特的流形内，作为在延长的时间段内保存量子信息的方案。在相同的条件下（例如退相干通道），与纯两级系统（量子比特）相比，逻辑量子比特的子流形表现出延长的寿命。量子信息的保留进一步通过逻辑量子比特的子级之间的分离而改善。寿命增强可以理解为在$d$级系统的量子映射下的演化期间编码和非编码子空间的熵产生。通过$d$能级流形中的中间子能级进行相干演化的额外路径提供了一种信息保存机制：对于开放量子系统的环境特征的信息的不可逆损失的可逆替代通道。
2022-05-01 quant-ph
Unconditional Pointer States from Conditional Master Equations
当负责去相干的环境的一部分用于提取关于去相干系统的信息时，优选的{ \it指针状态}保持不变。这一结论-达到了一个特定的一类模型-研究在一般设置的条件主方程，使用适当的概括的可预测性筛。我们还发现，einselected状态的迹象是最容易推断的环境进行的测量。
2000-11-29 quant-ph
Decoherence of two qubit systems: A random matrix description
研究了两个非相互作用量子比特的退相干。环境及其与量子比特的相互作用由随机矩阵建模。在线性响应近似中计算以纯度测量的退相干。蒙特卡罗模拟说明了这种近似和它的指数扩展的有效性。到目前为止的结果也被用来研究一个量子比特的退相干。纠缠态和产物态的纯度衰减在性质上是相似的，尽管后者的衰减较慢。以Bell对为初始态的数值研究揭示了其退相干与内部纠缠衰减之间的一一对应关系。对于强耦合和中等耦合的环境，这种对应关系与沃纳态一致。在大环境的限制下，演化在两个量子比特中引入了一个单位通道，为上述关系提供了部分解释。
2007-02-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Decoherence in chaotic and integrable systems: A random matrix approach
为了分析子系统中混沌或有序对退相干速率的影响，我们的目标是区分这两种动力学类型的影响与那些取决于波包选择的影响。为了隔离前者，我们引入了一个随机矩阵模型，允许改变子系统之间的耦合强度。强耦合的情况下进行了详细的分析，我们发现在中间的时间谱相关性，这是让人想起的相关孔的弱效果。
2001-01-09 cond-mat nlin.CD quant-ph
Phase-space measurements, decoherence and classicality
本文通过相干态POVM建模环境对相空间的监测，研究位置和动量联合测量导致的退相干，证明其使密度矩阵在位置和动量表示下对角化，并关联于双Lindblad算子动力学。
2024-06-28 math-ph math.MP quant-ph
A Method for Modeling Decoherence on a Quantum Information Processor
我们开发并实现了一种方法，用于建模退相干过程的N维量子系统，只需要一个$N^2$维量子环境和随机经典场。这个模型提供的优点是，它可以实现在小型量子信息处理器，以探索半经典和全量子模型之间的中间制度。我们认为特别是$σ_zσ_z$系统环境耦合诱导相干（相位）阻尼，虽然该模型是直接扩展到其他耦合哈密顿。系统的有效的、不可逆的相位阻尼是通过单独在环境上应用附加的随机哈密顿量来获得的，周期性地纠正它，从而不可逆地随机化由于耦合而泄漏到环境中的系统相位信息。这个模型在相位阻尼的情况下是精确可解的，我们用这个解来描述模型在某些极限情况下的行为。在小随机相位突跳的极限下，系统的相干性以随突跳频率线性增加的速率指数衰减。在强反冲的情况下，我们观察到系统与环境的有效解耦。我们提出了一个详细的实现方法的核磁共振量子信息处理器。
2003-03-18 quant-ph
A simple example of "Quantum Darwinism": Redundant information storage in many-spin environments
随着量子信息科学接近构建量子计算机的目标，理解退相干导致的信息丢失变得越来越重要。可以从其环境中获得的关于系统的信息可以促进量子控制和纠错。此外，观察者通过监测（主要是光子）“感兴趣的物体”的环境来间接获得大部分信息。这些信息究竟是如何铭刻在环境中的，对于从量子基底中出现“经典”是至关重要的。在本文中，我们研究了多量子位（或多自旋）环境如何存储有关单个系统的信息。丢失到环境中的信息可以冗余地存储，或者可以以环境的纠缠模式进行编码。我们继续表明，随机选择的环境状态几乎总是编码的信息，使观察者必须捕获的大部分环境推断系统的状态。相反，在典型的退相干过程所产生的状态中，关于系统的特定可观测量的信息被冗余地存储。这种“最适合的信息”的选择性扩散（称为量子达尔文主义）在选择宏观系统的首选、有效的经典观测量方面起着关键作用。环境不仅仅是一个垃圾场，而且是一个交流渠道，这一认识的发展使我们对环境在量子-经典跃迁中的作用的理解超越了传统的退相干范式。
2004-08-23 quant-ph
Quantum annealing with error mitigation
量子退火是计算问题哈密顿量基态能量的有效方法之一。在没有噪声干扰的情况下，如果绝热条件满足，QA可以精确地估计基态能量。然而，在实际的物理实现中，系统遭受退相干。另一方面，人们对噪声中尺度量子计算（NISQ）的研究也付出了很大的努力。对于实际的NISQ计算，已经设计了许多误差减轻（EM）方法来去除噪声影响。在本文中，我们提出了一个QA策略结合EM方法称为双态纯化，以抑制退相干的影响。我们的协议包括四个部分：传统的动力学，单量子位投影测量，对应于第一动力学的逆映射的哈密顿动力学，以及测量结果的后处理。重要的是，我们的协议在没有两个量子比特门的情况下工作，因此我们的协议适用于为实际QA设计的设备。我们还提供了数值计算表明，我们的协议导致一个更准确的估计地面能量比传统的QA下退相干。
2022-10-17 quant-ph
A study of excess energy and decoherence factor of a qubit coupled to a one dimensional periodically driven spin chain
本文采用一个由一维环境Ising自旋链和一个全局连接到环境所有自旋的量子比特组成的中心自旋模型（CSM），数值研究了环境的过剩能量（EE）和退相干因子的对数，即单位点的动力学保真度磁化率（DFSS），在使用Floquet技术周期性地驱动环境的横向场项穿过其临界点的情况下，与量子位相关联。在纯态下制备的量子位与自旋链的横向场的耦合产生两组对应于两种Floquet算子的EE。在弱耦合的限制下，我们推导出了一个近似的表达后，一个无限数量的驱动周期，可以成功地估计低，中频行为的数值获得的DFSS。我们的主要重点是分析调查的EE和DFSS的系统-环境耦合强度的影响，并与DFSS的行为EE作为一个功能的频率通过合理的分析参数。我们明确地表明，低频拍频模式的DFSS是两个频率的结果，导致振荡的两个分支的EE，这是依赖于耦合强度。在中频区域，在DFSS中观察到的凹陷结构可以通过EE在那些耦合参数依赖的频率处的谐振峰来证明; EE和DFSS的高频饱和值也通过耦合强度彼此连接。
2015-12-09 cond-mat.stat-mech quant-ph
A generalized fidelity amplitude for open systems
我们考虑一个中心系统，它通过退相耦合到一个开放系统，即一个中间系统，它又耦合到另一个环境。将中、远环境视为一个复合系统，对于复合环境中的某一扰动回波动力学，以保真度幅度的形式给出了中心系统的相干性。在玻恩-马尔可夫近似的基础上，我们推导出一个主方程，用于将该动态减少到仅中间系统。与之前的论文[arXiv：1502.04143（2015）]不同，我们讨论了远环境对中心系统退相干的稳定作用，这里我们关注的是使用中心系统中的可测量相干性来探测中间系统中的开放量子动力学的可能性。我们说明我们的结果的情况下，在附近的环境中，我们比较随机矩阵模拟与我们的分析结果的混沌动力学。
2015-09-11 quant-ph
Achieving High Fidelity Single Qubit Gates in a Strongly Driven Silicon Quantum Dot Hybrid Qubit
尽可能快地执行量子位门操作对于最小化退相干的影响可能是重要的。对于谐振门，这需要施加强交流驱动。然而，强驱动可能会导致泄漏到量子比特子空间之外的水平，从而带来控制挑战。强驱动也可能带来理论挑战，因为旋转波近似等首选工具可能会崩溃，导致难以控制的复杂动力学。在这里，我们分析了硅量子双点混合量子比特的$X$共振旋转的缀饰态形式主义，获得的结果超出了旋转波近似。我们得到了最佳驱动频率和拉比频率的解析公式，这两者都受到强驱动。虽然量子比特状态表现出快速振荡，由于反向旋转项和泄漏，我们表明，它们可以被抑制到一个点，即门以上的$99.99\%$是可能的，在退相干的情况下。因此，退相干机制，而不是强驱动效应，应该代表量子点混合量子比特中谐振栅性能的限制因素。
2017-07-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
High fidelity quantum state transfer in electromechanical systems with intermediate coupling
混合量子系统通常由两个或多个子系统组成，它们可以利用不同系统的优点。近年来，由电路机电子系统组成的混合系统由于其先进的制造工艺和可扩展的集成光路技术而引起了人们的极大关注。在这里，我们提出了一个方案，高保真量子态转移之间的超导量子比特和金刚石中的氮空位中心，这是耦合到超导传输线谐振器的耦合强度$g_1$和纳米机械谐振器的耦合强度$g_2$，分别。同时，两个谐振器以耦合强度$J$参数耦合。系统动力学，包括退相干效应，数值研究。研究发现，在技术进步之前，这种混合系统的小耦合区（$J \ll \{g_1, g_2\}$）和大耦合区（$J \gg \{g_1, g_2\}$）都不能支持高保真度的量子态转移。然而，在中间耦合机制（$J \sim g_1 \sim g_2$）中，与传统观点相反，可以实现高保真度量子信息传输，提供了在类似耦合谐振器系统中实现高保真度量子态传输的有希望的途径。
2014-08-29 quant-ph
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。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spontaneous emission of Schrödinger cats in a waveguide at ultrastrong coupling
约瑟夫森电路提供了一个现实的物理设置，其中光物质精细结构常数可以成为一阶，允许达到由非微扰效应超过标准量子光学占主导地位的制度。简单的过程，如自发发射，因此获得了多体特征，可以使用量子叠加相干态的时间相关态矢量的新描述来解决。我们发现，自发原子衰变在超强耦合导致光谱宽薛定谔猫，而不是单色单光子的排放。这些猫状态保持部分纠缠与发射器在中间阶段的动态，即使在发射后，由于一个大的分离的时间尺度之间的快速能量弛豫和指数缓慢的退相干。一旦量子比特的退相干最终建立，量子信息就完全转移到发射的猫的状态。
2017-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
