Deriving the von Neumann equation from the Majorana-Bloch equation for arbitrary spin in any state
本文将自旋1/2的推导推广至任意自旋s,利用相干态投影子的多项式表示推导出Majorana-Bloch方程与von Neumann方程间的可逆映射,并基于Majorana构造或Schur-Weyl对偶性获得任意自旋态。
2025-09-15 quant-ph
Modified Bloch equations in presence of a nonstationary bath
基于系统水库描述,我们提出了一个简单的可解微观模型的非平衡浴。这抓住了非平稳量子马尔可夫过程的基本特征。我们建立了一个适当的概括的波动耗散关系有关这个过程,并探讨了基本的修改布洛赫方程,以揭示非指数衰减的布洛赫矢量分量和瞬态光谱增宽共振荧光。我们讨论了一个简单的实验方案来验证理论结果。
1999-02-11 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Stochastic Bloch-Redfield theory: quantum jumps in a solid-state environment
我们讨论了Bloch-Redfield主方程到Lindblad形式的映射,然后根据量子跳跃方法将其演化为随机薛定谔方程。我们给出了两个近似下,这个映射是有效的。这种方法使我们能够研究比标准布洛赫-雷德菲尔德主方程更大尺寸的固态系统,同时仍然提供了一个系统的方法来获得跳跃算子和相应的速率。我们还展示了如何随机解开的布洛赫-Redfield方程成为长期近似的动力学蒙特卡罗(KMC)算法时,系统浴耦合运营商给出的隧道运营商之间的系统本征态。以超导单电子晶体管(SSET)为例,将随机解算与传统的Bloch-Redfield方法进行了比较。
2013-12-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
V. The Semiclassical Foldy-Wouthuysen Transformation and the Derivation of the Bloch Equation for Spin-1/2 Polarised Beams Using Wigner Functions
一个半经典的Foldy-Wouthuysen变换的狄拉克方程被用来获得无辐射的布洛赫方程的偏振密度。
1999-01-23 physics.acc-ph physics.class-ph quant-ph
Generalized Bloch equations for a strongly driven tunneling system
利用Robertson投影算子形式,我们导出了描述由外场强驱动、与超欧姆热浴弱耦合的偏置二能级隧穿系统动力学的广义Bloch方程.广义Bloch方程构成一组耦合的非线性积分微分方程。在它们的帮助下,我们研究了声子对动力学局域化现象的影响。
1996-11-07 atom-ph chem-ph cond-mat
Derivation of Maxwell-Bloch-type equations by projection of quantum models
本文描述了一个简单的代数方法,从单原子腔量子电动力学(腔QED)主方程出发,通过在半经典态流形上的正交投影导出Maxwell-Bloch型方程。特别是通常的麦克斯韦-布洛赫方程得到-到一个状态相关的校正因子的顺序统一-直接从无条件的Jaynes-Cummings主方程。投影到半经典流形上的技术也可以应用于条件主方程(量子滤波器),导致随机模拟模型,其中包括与原子偶极波动相关的乘性噪声项。在单原子吸收双稳态的背景下,这种模型的效用进行了简要探讨。
2008-03-19 quant-ph
Spin transport, spin diffusion and Bloch equations in electron storage rings
我们展示了如何从储存环中发射同步辐射的电子的Fokker-Planck方程出发,构造相应的自旋运动方程。这是一个布洛赫型的偏振密度方程。
1999-05-31 cond-mat physics.acc-ph physics.class-ph
Bloch Equations and Completely Positive Maps
在完全正映射的背景下重新研究了Bloch方程的唯象耗散。如果耗散是由耦合到水库的系统的么正演化的减少引起的,则会出现这种映射。在这种情况下,系统的约化动力学将总是产生密度算符的完全正映射。我们证明了,对于马尔可夫Bloch映射,完全正性的要求强加了一些Bloch不等式的唯象阻尼常数。对于非马尔可夫Bloch映射,也可以建立一些涉及阻尼基特征值的Bloch不等式。作为这些一般性质的说明,我们使用去极化信道与白色和有色随机噪声。
2004-01-28 quant-ph
Mbsolve: An open-source solver tool for the Maxwell-Bloch equations
Maxwell-Bloch方程是模拟光-物质相互作用的重要工具,其应用范围从描述脉冲在二能级介质中的传播到精细模拟光电子器件,如量子级联激光器(QCL)。在这项工作中,我们提出了mbsolve,麦克斯韦-布洛赫方程的开源求解工具。在这里,我们考虑一维麦克斯韦方程,这是耦合到林德布拉德方程。由此产生的广义Maxwell-Bloch方程的处理没有调用旋转波近似(RWA)。由于这种全波处理是计算密集型的,我们提供了一个灵活的框架来实现不同的数值方法和/或并行化技术。在此基础上,我们提供了两个求解器的实现,使用OpenMP的并行化。
2021-07-24 physics.comp-ph quant-ph
Quantum Maxwell-Bloch equations for spontaneous emission in optical semiconductor devices
考虑量子噪声效应引起的自发发射和放大的自发发射,提出了空间非均匀光半导体器件的量子Maxwell-Bloch方程。从量子分子束外延理论出发,给出了宽面积量子阱激光器中自发发射因子β和放大后的自发发射远场图的解析表达式。
1998-10-14 cond-mat physics.optics quant-ph
Exact solution of the optical Bloch equation for the Demkov model
本文给出了在Demkov模型描述的含时脉冲外场驱动下存在退相的两态量子系统相干共振激发的精确解析解。
2014-02-23 quant-ph
The Bloch Equation Generator -- SimuFísica
提出免费浏览器工具Bloch Equation Generator,自动生成并数值求解最多30能级系统的Bloch方程,支持时频域C代码输出,并验证了二能级、$\Lambda$型及铷-87真实12能级系统。
2025-06-01 physics.atom-ph physics.comp-ph physics.optics
Obtaining and Application of the Reduced Bloch Equations
著名的布洛赫方程描述了自旋系统(电子和核)的任何时间尺度,从瞬态过程到稳态。通常在固体中T_2 << T_1。问题是:为了使布洛赫方程能描述T_2 < t < T_1时刻的过程,应该做哪些近似?本文给出了这个问题的答案。作为一个例子,在恒定磁场谐波调制的条件下,考虑了磁共振的饱和。
2010-06-03 cond-mat.other quant-ph
Construction of exact solutions of Bloch-Maxwell equation based on Darboux transformation
介绍了一种利用达布变换求$i\dotρ = [H, f(ρ)]$自开关解的新策略。与前面的策略不同,该策略对任何f都有效,但对谱包含至少三个等距特征值的Hamilton,该策略对H的谱的离散部分没有任何限制。该策略被应用到布洛赫-麦克斯韦系统。
2004-08-06 quant-ph
The optical Bloch equation for the finite-temperature fluctuations
本文在量子力学框架下统一处理量子与热涨落,通过在光学 Bloch 方程中引入耗散项,分析有限温度下的含时过程,并用数值结果揭示零温平衡化极限。
2025-06-11 quant-ph
Exceptional points for parameter estimation in open quantum systems: Analysis of the Bloch equations
我们建议利用开放量子系统的耗散性质进行参数估计:开放量子系统的动力学通常由量子动力学半群生成元${\cal L}$描述。${\cal L}$的本征值是复杂的,反映了幺正动力学和耗散动力学。对于定义${\cal L}$的参数的某些值,出现非厄米简并,即例外点($EP$)。这些$EP$的动态特征对应于唯一的时间演化。这个独特的特征可以通过实验来定位$EP$,从而以高精度确定固有系统参数。这样我们就把耗散的缺点变成了优点。我们在由Bloch方程描述的两能级系统的开放系统动力学中证明了这种方法,Bloch方程已经成为物理学中从NMR到量子信息和基本粒子的不同领域的范例。
2015-12-10 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Numerical modeling of the multi-stage Stern$\unicode{x2013}$Gerlach experiment by Frisch and Segrè using co-quantum dynamics via the Bloch equation
在新的共量子动力学理论的背景下,我们数值研究了Frisch $\unicode{x2013}$ Segrè实验中的自旋翻转,该实验是第一个多级Stern $\unicode{x2013}$ Gerlach实验。我们通过用Monte Carlo方法对原子进行采样,并根据Bloch方程数值求解电子和核的磁矩动力学,来模拟负责自旋旋转的中间阶段。我们的结果表明,在不使用任何拟合参数的情况下,共量子动力学近似地再现了Frisch和Segrè在1933年报道的实验观察,到目前为止还缺乏理论预测。
2023-03-27 physics.atom-ph quant-ph
About some properties of the canonical density matrix versus the canonical Bloch equation
该研究通过定义推导和Bloch正则方程求解两种等价方式,分析相干态表象下正则密度矩阵的性质,得出应用中优先使用定义式的结论,并通过多类量子系统案例验证。
2024-04-15 quant-ph
Revisiting the Floquet-Bloch theory for an exactly solvable model of one-dimensional crystals in strong laser fields
本文研究了在周期性Kronig-Penny势和振荡电场作用下一维电子气的Floquet-Bloch本征态。考虑到波函数及其导数的适当边界条件,我们导出了Floquet-Bloch本征态的决定方程,它由单无限矩阵表示,而不是一般势所需的双无限矩阵.我们数值求解这些方程,显示出现在不同的Floquet带的交叉点,以及在边缘和中心的布里渊区的带隙的anticrossings。我们还计算了Floquet-Bloch本征态所携带的电流的高次谐波分量,表明谐波谱在强电场下呈现平台。
2018-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Taming the Bloch-Redfield equation: Recovering an accurate Lindblad equation for general open quantum systems
针对 Bloch-Redfield 方程不能保证完全正性的问题,本文修正已有 Lindblad 变换中的非厄米能移与负衰减率,提出保留久期近似外效应的通用构造方法。
2024-05-30 quant-ph
From the Bloch equation to a thermodynamically consistent master equation
本研究针对开放量子系统中无约束Lindblad主方程热力学不一致、缺乏物理解释的问题,提出严格能量守恒下等价的元素布洛赫方程,分解动力学过程以恢复物理直觉,并推导多能级形式、验证其应用。
2025-05-18 quant-ph
On the positivity of Bloch-Boltzmann equations
布洛赫-玻尔兹曼方程(BBE)在光谱学的许多应用中起着重要的作用。他们描述了一个活跃的原子,这是耦合到辐射(布洛赫部分),并与扰动气体(玻尔兹曼部分)碰撞相互作用的约化密度运营商的演变。碰撞部分的标准方法从文献中是众所周知的。它保留了厄米性和规范化,但它是否保留了积极性的问题似乎仍然悬而未决。最近通过一般主方程技术导出了完全正的BBE。这两种方法都适用于一个n能级非简并原子模型。我们表明,在这个模型中,这两种方法的碰撞部分的BBE是等效的-给出相同的物理预测。基于主方程技术的方法保证了厄米性、归一化和正性的保持。已证明的等价性证明了标准方法也保留了正性。此外,标准推导的某些方面(哪些原子态确实有助于演化)通过所建立的等价性得以澄清。
2004-12-17 quant-ph
Optimal control of distributed ensembles with application to Bloch equations
针对 Bloch 方程在扰动下的鲁棒控制,提出概率框架下的最优系综控制模型,推导代价泛函精确增量公式并设计无线搜索的下降方法,应用于分布式系综控制。
2023-03-15 math.OC physics.med-ph quant-ph
Long-term stability of driven quantum systems and the time-dependent Bloch equation
本研究针对受微扰有限维量子系统的长期稳定性问题,推导含时Bloch方程并分析其解,证明初始处于强生成元本征空间的系统泄漏可长期保持$\boldsymbol{\text{O}}(γ^{-1})$的小误差,为受驱量子系统的绝热演化稳定性提供了理论支撑。
2025-09-03 math-ph math.MP quant-ph
The Classical Bloch Equations
量子力学二能级系统的相干控制是磁共振成像、量子信息处理和量子光学的核心。量子相干控制中最突出的现象是拉比振荡、拉姆齐条纹和哈恩回波。我们证明,这些现象可以通过使用一个简单的耦合谐振子模型的经典推导。经典问题可以被转换成形式上等价于量子力学布洛赫方程的形式,除了纵向和横向弛豫时间($T_1$和$T_2$)相等。经典分析是直观的,非常适合学生熟悉量子相干控制的基本概念,同时突出经典和量子理论之间的根本区别。
2014-09-26 quant-ph
Method for Solving the Bloch Equation from the Connection with Time-Dependent Oscillator
利用$su(2)$的单模玻色子表示和含时振子的联系,提出了一种在含时磁场中寻找自旋为1/2的粒子的精确密度算符的新方法.作为说明性的例子,我们应用该方法来找到恒定和/或振荡磁场,这原来是一般的时间依赖性的密度算子。
2005-11-28 quant-ph
A Complete Solution of the Bloch Equation
Bloch方程是适用于任意二能级系统的基本动力学模型。迄今为止的分析解决方案是不完整的一些原因,激励进一步调查。这里得到的解决方案的传播,产生的系统的时间演化,体现了所有的系统动力学,是紧凑的和完全通用的。在前面的处理中导致除以零的参数空间被明确定义并容纳在解决方案中。解所需的多项式根用使用简单函数形式获得的单个实根来表示。一个简单的图形再现这个根的开发,澄清和表征其依赖的物理参数的问题。结果,系统作为其物理参数的函数的明确的时间依赖性是立即明显的。几个直观的系统动力学模型也被开发出来。特别地,布洛赫方程在适当的坐标系中是可分离的,该坐标系被写为松弛算子与零算子或交换旋转的和。传播子因此驱动纯弛豫或弛豫后旋转。本文提供了一个基础,增加物理洞察布洛赫方程及其广泛的应用。
2017-04-03 quant-ph
Invalidation of the Bloch-Redfield Equation in Sub-Ohmic Regime via a Practical Time-Convolutionless Fourth-Order Master Equation
本文优化四阶时间无卷积主方程以描述开放量子系统的长时动力学,揭示亚 Ohmic 环境中的红外发散导致 Bloch-Redfield 方程失效,并证明四阶方法在二阶浴耦合精度下可靠。
2024-05-13 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Relativistic Maxwell-Bloch Equations with Applications to Astrophysics
The University of Western Ontario(韦仕敦大学);Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique, CNRS(数字科学跨学科实验室,法国国家科学研究中心);McMaster University(麦克马斯特大学)
本文推导了适用于天体环境的相对论性麦克斯韦-布洛赫方程,研究了辐射过程中的相干性保持及超辐射现象。
2026-04-13 astro-ph.HE gr-qc quant-ph
Trans-series for the ground state density and Generalized Bloch equation
从广义Bloch方程出发,构造了双势阱基态密度相位(指数)的跨级数展开式。它示出的领导和下一个领导的半经典条款仍然是由flucton轨迹(其经典行动)和二次波动(行列式),分别定义,而下一个下一个领导的修正(在大距离)是非微扰性质。它来自于这样一个事实,即所有的flucton加上多瞬子,瞬子-反瞬子的经典轨迹在大距离上都导致相同的经典作用行为!这个修正与所有领先瞬子对能隙的贡献之和成比例。
2018-09-30 hep-th math-ph math.MP
Phase dependent loading of Bloch bands and Quantum simulation of relativistic wave equation predictions with ultracold atoms in variably shaped optical lattice potentials
光晶格中超冷原子的色散关系可以被调节成类似于相对论粒子的色散关系,即线性的,而不是通常的自由原子的非相对论二次色散关系。这种晶格中的冷原子可以用来进行相对论波动方程预言的量子模拟。我们开始这篇文章通过描述拉曼技术,允许选择性地加载原子到所需的布洛赫带附近的晶格带交叉。随后,我们回顾了最近的两个实验,准相对论性铷原子在双色晶格中,证明类似的克莱因隧道和Veselago透镜与超冷原子分别。
2015-10-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
Bloch-Redfield equations for modeling light-harvesting complexes
我们挑战的误解,布洛赫-雷德菲尔德方程是一个不太强大的工具,比现象学的林德布拉德方程建模激子在光合复合物的运输。这种观点主要源于对世俗近似的滥用。我们提供了一个详细的描述,如何建模相干振荡和几种类型的噪声,给出明确的例子。所有非正性问题都通过一致的直接物理噪声模型来克服。布洛赫-雷德菲尔德方法的优势也在于此,因为它通过将噪声影响与噪声环境的物理参数联系起来,便于对噪声影响进行分析。这包括时间和空间相关性以及噪声和感兴趣的系统之间的相互作用的强度和类型。最后,我们分析了一个原型的二聚体系统,以及一个7-网站Fenna-Matthews-Olson(FMO)复杂的空间相关长度的噪声,噪声强度,温度和它们的连接的转移时间和转移。
2015-02-11 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Modified Bloch-Redfield Master Equation for Incoherent Excitation of Multilevel Quantum Systems
提出了一种计算与非相干光弱相互作用的多能级量子系统的密度矩阵随时间演化的有效理论方法。该方法结合了布洛赫-雷德菲尔德理论与单光子相干性的部分长期近似,导致在一个主方程,明确暴露依赖于跃迁速率和跃迁偶极矩之间的角度的能量基础。修正的布洛赫-雷德菲尔德主方程允许在非相干光照射下量子相干与非相干能量转移之间的明确区分。完全非相干制度的特点是正交跃迁偶极矩的能量基础,导致由相干自由保利型主方程的动力学演化。相干区要求能量基中存在非正交跃迁偶极矩,并导致噪声诱导的量子相干性和粒子数-相干耦合的产生。作为第一个应用,我们考虑了单基态非相干光激发下的激发态相干态的动力学,观察到了在小激发态分裂的情况下粒子数到相干态的转移和非平衡准稳态的形成。早期推导出的V型系统的分析表达式[Phys. Rev. Lett. 113,113601(2014)]被发现提供了在小分子和大分子限制下的多级激发态布居和相干态的几乎定量的描述。
2014-12-25 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
Stochastic correction to the Maxwell-Bloch equations via the positive $P$ representation
本研究针对二能级原子的Jaynes-Cummings型全波混合系统,利用正$P$表示找到非正交费米基态的有利自由度,提出Maxwell-Bloch方程的随机修正方法,可兼顾半经典模型优势与全量子动力学模拟,为非经典光源模拟提供新路径。
2024-07-10 quant-ph
On single-frequency asymptotics for the Maxwell-Bloch equations: pure states
Institute of Mathematics of BOKU University(维也纳应用科学大学数学研究所)
本文研究单模Maxwell场与双态分子耦合的Maxwell-Bloch方程在准周期泵浦下的单频渐进行为,通过Hopf约简和先验估计构建解,并分析谐振态的稳定性。
2026-03-30 math-ph math.AP math.MP
Aspects of quantum coherence in the optical Bloch equations
在光学布洛赫方程的相干性和退相干方面进行了分析。通过用另一种形式重写解析解,我们能够强调一些不寻常的特征:(a)尽管浴的马尔可夫性质,但在长时间内的相干性可以保持;(b)系统中的长时间渐近相干度与水平布居的渐近差异交织在一起;(c)当系统存在外场时,传统的布居弛豫和退相干时间$T_1$和$T_2$失去其意义,并被更一般的总时间尺度所取代;(d)增加由拉比频率$Ω$量化的场强,增加了退相干速率,而不是如人们所期望的那样减少它;以及(e)当系统参数满足$Ω^2 = 1/(T_1 T_2)$时,达到最大渐近相干。
2006-04-12 quant-ph
Laser Cooling Beyond Rate Equations: Approaches From Quantum Thermodynamics
固体可以通过激光驱动杂质离子来冷却,使它们能够将热量从晶格声子传递到电磁环境。这证明了量子热机器,它使用量子系统作为工作介质在水库之间传递热量。我们回顾了耦合到水库的量子系统的布洛赫-雷德菲尔德方程的推导过程,以及它的扩展,使用计数场来计算热流。我们使用这个方程的完整形式,这使得只有弱耦合和马尔可夫近似,计算一个简单的激光冷却模型的冷却功率。我们比较它的预测与其他两个时间本地主方程:长期近似完整的布洛赫-Redfield方程,和Lindblad形式预期的声子跃迁在没有驾驶。我们得出的结论是,完整的布洛赫-雷德菲尔德方程在弱驱动和强驱动状态下都为热流提供了准确的结果,而其他形式的适用性更有限。我们的研究结果支持在量子热机中使用布洛赫-雷德菲尔德方程,尽管它们有可能给出非物理的结果。
2022-01-18 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Bloch Motions and Spinning Tops
UAS Technikum Wien(维也纳应用技术大学);Karl-Franzens-University Graz(格拉茨大学)
本文通过Bloch向量和可积系统理论研究量子系统动力学,推导出量子动力学的稳定性标准,并提出振荡纠缠态的物理预测。
2026-08-24 quant-ph
The Lindblad Form and the Reincarnation of Felix Bloch's Relaxation-Theory
探讨了经典的Bloch和Hubbard磁共振密度矩阵弛豫理论与现代Lindbladian主方程方法之间的关系。这些经典理论与现代方法的最新结果完全一致。仔细研究表明,这也适用于雷德菲尔德后来的治疗,在1965年提供。Bloch和Hubbard对旋转标架弛豫理论的早期贡献也被强调。总之,这些开创性的努力布洛赫和哈伯德可以享受一个新的诞生当代相关的磁共振。
2021-04-06 quant-ph