Revisiting quantum relativistic effects from phase transition by catastrophe theory
本文从薛定谔方程出发,从相变过程的角度重新审视一些经典量子力学。在这里,高速运动粒子的相对论效应可以看作是速度变量增大时的相变过程。考虑到突变模型可以定性地描述任何相变过程,我们采用最简单的折叠突变类型作为薛定谔方程中的势函数,首先通过无量纲分析得到修正的薛定谔方程,然后逐步推导出稳态的Klein-Gordon方程和Dirac方程。结果表明,量子相对论效应可以看作是一个相变过程,该过程可以采用突变模型作为经典薛定谔方程中的势函数来描述.
2022-04-08 quant-ph
Quantum Alchemy and Universal Orthogonality Catastrophe in One-Dimensional Anyons
本研究针对一维任意子系统,将任意子映射转化为统计参数$\kappa$的连续变换,发现任意子态间存在由统计因子主导的普适正交灾变,并用硬核任意子模型验证,为量子模拟实验提供参考。
2023-12-18 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el math-ph
Orthogonality Catastrophe as a Consequence of the Quantum Speed Limit
正交性突变是量子多体系统的一个显著特征,它描述了量子多体系统对局域微扰不断增长的敏感性,在凝聚态物理中起着重要作用。在这里,我们表明,动力学的正交性灾难可以充分的量子速度限制,更具体地说,任何淬火量子多体系统的基态能量的变化与系统的大小尺度表现出正交性灾难。我们严谨的研究结果证明了两个典范类的多体系统-被困费米气体和长程相互作用Lipkin-Meshkov-Glick自旋模型。
2020-03-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Bounds on quantum adiabaticity in driven many-body systems from generalized orthogonality catastrophe and quantum speed limit
我们提供了两个不等式,用于根据另外两个更容易计算的量来估计绝热保真度,即,广义正交突变和量子速度极限。由于考虑了初始基态和它的正交补态所构成的二维子空间,我们的方法比以前得到的绝热保真度的界限更强。两个不等式之一是近尖锐的系统尺寸大时,如所示的驱动赖斯-梅勒模型,它代表了广泛的一类量子多体系统,其不同的瞬时基态的重叠表现出正交性灾难。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Orthogonality catastrophe and quantum speed limit for dynamical quantum phase transition
本文在 Creutz 模型中研究动力学量子相变,揭示有限系统中 Loschmidt 回波精确零点与正交灾难的关系,并提出用量子速度极限检测静态量子相变临界点。
2023-09-22 quant-ph
Orthogonality Catastrophes in Quantum Electrodynamics
在一个任意大的光腔中插入一个小的可极化粒子,会显著地改变电磁场的量子力学状态,因为空腔的光子基态和有粒子的腔的光子变得相互正交,因此,在无限大的极限中不能被量子连接。光子问题可以精确地映射到费米子的多体系统,这是已知的正交性灾难时,有限范围的局部势被引入。我们预测,可极化物体在腔内的运动,无论有多慢,以及它们从腔内的加入和移出,都会产生宏观的、发散的低能光子。讨论了这些结果对量子测量问题和动态Casimir效应的意义。
2016-09-09 quant-ph
Quenching small quantum gases: Genesis of the orthogonality catastrophe
研究了两个强相互作用玻色子与一个附加杂质原子在简谐势场中的动力学。使用精确的数值对角化,我们能够充分探索的动力学演化时,两个不同的物种之间的相互作用突然打开(淬火)。我们研究了大范围的物种间相互作用的密度,纠缠,Loschlaughter回声和光谱函数的行为,发现即使在这样的小系统中,安德森的正交性灾难的证据可以见证。
2014-07-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum critical point of spin-boson model and infrared catastrophe in bosonic bath
提出了一种非高斯的、超越Silbey-Harris基态的、具有较低基态能量的无偏自旋玻色子哈密顿量的解析基态.欧姆和亚欧姆玻色子浴中的红外突变对确定基态的简并度起着重要的作用。我们表明,红外发散与浴中的非绝热模式的位移可能会被删除的耦合$α<α_c$从建议的基态。那么$α_c$是从非简并到简并基态跃迁的量子临界点,我们计算的$α_c$与以前的数值结果一致.
2013-02-20 cond-mat.str-el quant-ph
Orthogonality Catastrophe in Quantum Sticking
颗粒粘附在表面上的概率是表面科学中各种过程的基础,包括催化,外延生长和腐蚀。在超低能量下,粒子如何散射或粘附在表面上会影响原子钟、物质波干涉仪、原子芯片和其他量子信息处理设备的性能。在这种能量状态下,粘附概率受到明显的量子力学效应的影响:量子反射,物质波相干的结果,抑制了在表面附近找到粒子的概率,降低了粘附概率。我们发现,另一个量子效应可以发生,进一步塑造粘附概率:正交性灾难,在粒子的存在下,表面的量子基态的变化的结果,可以显着改变量子粘附的概率,并在低能量下创建超反射表面。
2011-12-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum morphogenesis: A variation on Thom's catastrophe theory
非对易命题是量子和非量子(社会学、生物学、心理学)情形的特征。在希尔伯特空间模型中,状态被理解为所有可能命题之间的相关性,由密度矩阵表示。如果所讨论的系统通过反馈与环境相互作用,则其动态是非线性的。密度矩阵的非线性演化导致了非对易系统中可能出现的形态发生现象。提出了几个明确的精确可解模型,包括“生物体的出生和死亡”和“互补特性的发展”。
2003-05-28 q-bio.QM quant-ph
Semiclassical catastrophes and accumulative angular squeezing of a kicked quantum rotor
我们提出了一个详细的理论壮观的半经典灾难发生在时间演化的踢量子转子(物理学评论快报。{ \bf 87},163601(2001))。二维和三维旋转系统进行了分析。结果表明,在一个特定的延迟后,转子的波函数的发展{ \em尖},这导致在一个尖锐的集中旋转波包。{ \em尖点}之后是一个折叠型突变,表现为{ \em彩虹}状的移动角奇点。在三维的情况下,彩虹伴随着额外的奇异特征,类似于波动光学中已知的{ \em glory}结构。含时角波函数中的这些突变可以用准经典波动力学的适当工具,即Airy和Bessel近似以及Pearcey函数很好地描述。“累积挤压”的情况下,也提出了一个专门设计的训练的短踢产生无限缩小的转子角分布。这种情况是相关的分子排列短激光脉冲,也为原子光刻方案,其中冷原子的光学驻波聚焦。
2003-06-22 quant-ph
Measurement catastrophe and ballistic spread of charge density with vanishing current
具有希尔伯特空间碎裂的多体量子系统的特征之一是存在表现量子干扰的定态。最近的研究表明,这些都是“有记忆的状态”,其中,例如,测量一个定域的可观测量具有持久的宏观效应。我们研究这样的测量灾难的例子,突出其清晰度。我们特别表明,在晚些时候的期望值的电荷密度成为一个非平凡的函数的距离和时间之间的比率,尽管相应的电流接近零。
2021-12-01 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Emergence of singularities from decoherence: Quantum catastrophes
我们使用主方程来研究两个耦合宏观量子系统的动力学(例如,由两个玻色-爱因斯坦凝聚体或被俘获离子系综的两个自旋态构成的约瑟夫森结)进行弱连续测量。如果两个系统之间的耦合突然打开,所产生的动力学会导致数差概率分布中的焦散(折叠和尖点灾难),同时测量逐渐引起量子到经典的转变。退相干经常被用来帮助解决与宏观量子力学相关的悖论,但在这里,相反,焦散在量子(多粒子)理论中表现良好,在经典(平均场)理论中发散。焦散线因此代表了退相干似乎不可避免地导致的经典理论的崩溃。我们发现,测量反作用软化所产生的奇异性起着至关重要的作用,并计算修改的Arnol'd指数,其中管理的焦散的振幅与原子数的缩放。Arnol'd指数在量子动力学过程中充当奇点形成的临界指数,并且通过系统的开放性质对其进行的修改类似于开放系统中发生的相变的临界指数的修改。
2019-12-17 cond-mat.quant-gas quant-ph
Dividing and Conquering the Van Vleck Catastrophe
针对 Van Vleck 灾难导致的基态制备指数级困难问题,提出一种分治策略,通过反复使用相位估计合并子系统基态,将 N 个相互作用系统的基态制备查询复杂度降至准多项式级别。
2025-04-04 quant-ph
Postponing the orthogonality catastrophe: efficient state preparation for electronic structure simulations on quantum devices
尽管在电子系统的量子模拟的资源估计方面做了大量的工作,但到目前为止,在充分的基态支持下制备态的挑战在很大程度上被忽视了。在这项工作中,我们研究了这个问题在几个系统的利益,包括有机分子,过渡金属络合物,均匀电子气,哈伯德模型,量子杂质模型所产生的嵌入形式主义,如动力学平均场论。我们的方法使用了一个国家的最先进的高保真度的基态近似的经典技术。我们发现,易于准备的单斯莱特决定因素,如Hartree-Fock状态往往有令人惊讶的强大支持的基态的许多应用的兴趣。对于最困难的系统,单决定性参考状态可能是不够的,但低复杂度的参考状态可能就足够了。为此,我们介绍了一种在量子计算机上制备多决定态的方法。
2018-09-14 cond-mat.str-el physics.atm-clus quant-ph
The Quantization of Free EM Fields: An Alternative Approach to solve the Vacuum Catastrophe
结果表明,基于[1]提出的无质量粒子位置和动量算符对易关系的场论推广的辐射正则量子场论导致真空能量为零。这可以被认为是朝着解决宇宙学常数问题迈出的一步,至少对于电磁(EM)场的贡献。
1999-01-10 astro-ph gr-qc hep-ph
Atomtronics with a spin: statistics of spin transport and non-equilibrium orthogonality catastrophe in cold quantum gases
本文研究了超冷原子量子气体非平衡自旋输运的全计数统计。该装置利用原子系统中的自旋控制机制,在自旋不平衡的双组分费米气体中引入杂质原子,产生自旋输运。与固态实现相比,在超冷原子中,自旋弛豫和来自外部源的退相干被大大抑制。因此,一旦通过操纵费米系统的内部自旋自由度来关闭自旋电流,非平衡自旋布居保持恒定。因此,可以直接计数每个储存器中的自旋的数量以研究自旋翻转的完整计数统计,这在固态器件中是众所周知的挑战。此外,使用拉姆齐干涉法,动态杂质响应可以测量。由于杂质与多体环境的相互作用是不平衡的,我们的装置提供了一种实现非平衡正交性突变的方法。在这里,即使是自旋水库最初准备在零温度状态下,拉姆齐响应表现出指数衰减,这是在传统的幂律衰减安德森的正交性灾难。通过将我们的系统映射到一个多步费米海,我们能够推导出在后期的杂质响应的解析表达式。这使我们能够揭示拉姆齐对比度的衰减率和自旋翻转的完整计数统计之间的密切联系。
2018-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Time scale for adiabaticity breakdown in driven many-body systems and orthogonality catastrophe
绝热定理是量子力学早期建立的一个基本结果,它指出,如果哈密顿量随时间变化足够慢,系统可以任意接近其瞬时基态。这个定理有着令人印象深刻的应用记录,从量子场论的基础到分子动力学的计算配方。鉴于这一成功,值得注意的是,对“足够慢”意味着什么的实际定量理解仅限于一组适度的系统,这些系统大多具有小的希尔伯特空间。在这里,我们将展示如何弥合这一差距的一个广泛的自然类的物理系统,即多体系统中的参数空间中的一个小的移动引起的正交性灾难。在这一类中,绝热性的条件来自于参数依赖的基态的标度性质,而不参考激发光谱。这一发现构成了一个复杂问题的主要简化,否则需要解决非自治的时间演化在一个大的希尔伯特空间。我们通过分析拓扑无源泵浦中输运量子化的条件来说明我们的一般结果。
2022-05-31 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el quant-ph
Poor qubits make for rich physics: noise-induced quantum Zeno effects and noise-induced Berry phases
我们简要回顾了环境噪声减慢(或加速)量子跃迁的三种方式:(i)兰姆位移,(ii)过阻尼和(iii)正交性突变。我们比较了它们与观察系统引起的量子芝诺效应。这些效应与较差的量子位(与噪声强耦合的量子位)有关。我们讨论了由正交突变产生的Berry相位,并认为噪声可能使观察Berry相位变得更容易。
2009-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Polynomial potentials and coupled quantum dots in two and three dimensions
在$D=2$和$D=3$上考虑了不可分的$D-$维偏微分薛定谔方程,其中偶宇称局部势$V(x,y,\ldots)$是四次多项式(尖点突变类情形)和六次多项式(蝴蝶类情形).其极端(即,最小值和最大值)被假定为明显的,通过耦合常数的适当的特别参数化而局部化。然后发现在模拟量子点耦合系统的动力学机制中,低束缚态[$ψ(x,y,\ldots)$ ]的非数值近似构造是可行的,其中$V(x,y,\ldots)$的各个极小值被很好地分离,势被谐振子阱局部近似。可测量的特征(特别是拓扑保护的概率密度分布),然后发现分叉在一个特定的演化场景称为重定位量子灾难。
2020-03-13 quant-ph
The paradox of the many-state catastrophe of fundamental limits and the three-state conjecture
非线性极化率基本极限的计算假定,当量子系统在基本极限处具有非线性响应时,只有三个能量本征态对第一和第二超极化率有贡献。这就是所谓的三能级假设,也是基本极限理论中唯一未被证明的假设。所有的计算都是基于薛定谔方程的直接解,得到小于0.709的内禀超极化率和小于0.6的内禀二阶超极化率。在这项工作中,我们表明,放宽三能级的animals,并允许任意数量的国家作出贡献,导致发散的优化的内在超极化率在无限数量的国家的限制-我们称之为多状态灾难。这并不奇怪,因为发散系统很可能无法从薛定谔方程导出,但遵守求和规则。求和规则是极限理论的第二个组成部分,也适用于具有更一般哈密顿量的系统。这些奇异的哈密顿量可能无法模拟自然界中的任何真实系统。事实上,一类来自求和规则的跃迁矩和能量没有相应的可以用微分形式表示的哈密顿量。在这项工作中,我们表明,三个层次的antennas作为一个约束,排除了许多非物理的哈密顿量,并防止从发散的内在超极化率。我们认为,这意味着真正的基本面极限比之前计算的要小。由于三能级不等式并不导致最大可能的非线性响应,与其断言相反,我们提出了一种有趣的可能性,即三能级不等式对于任何服从薛定谔方程的系统都是正确的,但这种断言可能是不可证明的。
2013-06-04 physics.optics quant-ph
Controlling Quantum Rotation With Light
考虑了强时变场驱动下量子转子(分子)动力学中的半经典灾变。我们表明,对于足够强的字段,可以通过时域聚焦现象,随后形成的角度彩虹和荣耀状的角度结构,实现在转子角分布的尖峰。几种情况下,导致增强角压缩提出了使用专门设计和优化的脉冲序列。从激光场作用下的分子取向到重离子碰撞,以及脉冲光晶格中冷原子的压缩,在许多过程中都可以观察到这些预测的效应。
2002-01-13 quant-ph