Thermal Pure States for Systems with Antiunitary Symmetries and Their Tensor Network Representations
针对具有反幺正对称性的系统，提出一种无需随机采样、可避免统计误差的张量网络算法来构造热纯态，并能计算热力学量，在XY模型和三角晶格伊辛模型上得到验证。
2024-12-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum hydrodynamics from local thermal pure states
本文给出了孤立量子多体系统流体动力学的纯态形式。构造了一个描述局域热平衡量子系统的纯态，我们称之为局域热纯量子（$\ell$ TPQ）态。我们表明，热力学泛函和期望值的本地运营商（包括实时关联函数）计算从$\ell$ TPQ状态收敛到那些从本地吉布斯系综在大流体细胞的限制。作为数值演示，我们研究了一维自旋链，观察到流体动力学弛豫服从傅立叶定律。我们进一步证明了热力学第二定律和量子涨落定理，并进行了数值验证。$\ell$ TPQ列式为描述量子多体系统的涌现流体动力学行为提供了一个有用的理论基础，具有数值效率，适用于非相对论和相对论区域。
2021-07-05 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-th
Eigenstate Thermalization Hypothesis and Quantum Jarzynski Relation for Pure Initial States
自从Jarzynski等式第一次提出以来，这个等式的许多推导都在经典和量子背景下提出。虽然方法和设置彼此之间存在很大差异，但它们似乎都依赖于初始状态是热吉布斯状态。在这里，我们提出了一个调查的工作分布在驱动孤立的量子系统，从纯态，接近初始哈密顿量的能量本征态。我们发现，在追求的不可积系统，Jarzynski等式满足良好的精度。
2016-03-09 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.comp-ph
Chaos and High Temperature Pure State Thermalization
孤立系热化的经典论证并不直接适用于量子情形。近年来，人们对多体系统中量子混沌的诊断产生了浓厚的兴趣.在经典的情况下，混沌是统计物理方法合法性的流行解释。在这项工作中，我们以前提出的标准的量子混沌的酉时间演化算符的纠缠熵增长远离平衡的初始纯态。通过将幺正时间演化算子映射到一个二重态，混沌可以用过去子系统和未来子系统之间互信息的抑制来表征。我们证明了当互信息很小时，一个典型的非纠缠初态将演化到一个高度纠缠的终态。我们的结果提供了一个更具体的多体系统中的量子混沌和热化之间的联系。
2018-07-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Discontinuous strong-to-weak symmetry breaking transition from thermal pure states
Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；Tokyo University of Science（东京理科大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究多体量子系统从热纯态退相干时强到弱自发对称性破缺的非平衡动力学，发现系统在临界时间发生不连续动力学相变，伴随熵的奇异性。
2026-06-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermal equilibrium of a macroscopic quantum system in a pure state
我们考虑了单个封闭宏观量子系统在纯态下的热平衡概念，即，由波函数描述。这种系统的热平衡中的宏观性质由其波函数决定，必须与从热力学获得的性质相同，例如，温度和化学势空间均匀性。当这为真时，我们说系统处于宏观热平衡（MATE）。然而，这样的系统可能不处于微观热平衡（MITE）。后者要求小的子系统的约化的密度矩阵接近于从微正则系综（相当于正则系综）获得的密度矩阵。MITE和MATE之间的区别对于具有多体局域化（MBL）的系统特别相关，对于MBL，能量本征函数不能在MITE中，而它们中的大部分（但不是全部）必须在MATE中。然而，我们注意到，对于一般的宏观系统，包括那些与MBL，大多数波函数的能量壳层是在MATE和MITE。对于经典宏观系统，MATE对能量面上的大多数相点都成立，而MITE对任何相点都不成立。
2015-06-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Emergence of a thermal equilibrium in a subsystem of a pure ground state by quantum entanglement
通过对小团簇自旋1/2反铁磁海森堡模型的精确数值计算，证明了在整个系统的纯基态下，子系统$A$和$B$之间的量子纠缠可以导致子系统$A$的热平衡.在这里，整个系统是二分的纠缠切割，覆盖整个体积的子系统$A$。子系统$A$的温度${\cal T}_{A}$不是参数，而是可以根据针对整个系统的基态计算的子系统$A$的纠缠冯诺依曼熵${\cal S}_{A}$和总能量${\cal E}_{A}$来确定。我们证明了温度${\cal T}_{A}$可以通过最小化子系统$A$和Gibbs态的约化密度矩阵算子的相对熵来导出（即，热力学密度矩阵算子）相对于子系统$A$和$B$之间的耦合强度。温度${\cal T}_{A}$基本上与热力学温度相同，用统计力学中的正则系综计算孤立子系统$A$的熵和内能，与子系统$A$的纠缠熵${\cal S}_{A}$和总能量${\cal E}_{A}$在数值上一致.保真度计算确定了子系统$A$的约化密度矩阵算符对于纯的但纠缠的基态整个系统$A+B$匹配，在一个最大的$1.5\%$误差在有限大小的集群研究，热力学密度矩阵算子的子系统$A$在温度${\cal T}_{A}$。我们认为纠缠纯态中的量子涨落可以模拟子系统中的热涨落。我们还提供了两个简单的，但不平凡的自由玻色子和自由费米子的分析例子，这些声明是准确的。我们还讨论了我们的发现的影响和可能的应用。
2020-10-19 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Universality in volume law entanglement of pure quantum states
一个纯粹的量子态可以完全描述热平衡，只要我们专注于局部的可观测性。热力学熵也可以作为小的子系统的纠缠熵来恢复。然而，当子系统的大小增加时，量子关联打破了对应关系，并导致对这个简单体积定律的修正。阐明纠缠熵的尺寸依赖性对于量子物理与热力学的联系以及解决最近的超冷原子实验都是至关重要的。本文导出了一类代表热平衡的纯态cTPQ态的纠缠熵的解析公式。我们进一步发现，我们的公式普遍适用于任何充分混乱的纯态代表热平衡，即，不可积模型的一般能量本征态和量子猝灭后的态。我们的通用公式可以被利用作为混沌系统的诊断，我们可以区分可积模型从混沌和检测多体局域化具有高精度。
2018-05-30 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-th
Taking the temperature of a pure quantum state
温度是一个看似简单的概念，但它仍然在量子物理研究的前沿提出了深刻的问题。在完全孤立的量子系统（如冷原子量子模拟器）中观察到的热化现象意味着温度甚至可以被分配给单个的纯量子态。在这里，我们提出了一个方案，通过量子干涉测量这种纯态的温度。我们的建议涉及一个辅助量子位探针的干涉测量，该探针在叠加态中制备，随后由于与封闭的热多体系统的弱耦合而去聚。仅使用几个基本的假设混沌量子系统-即，本征态热化假设和流体动力学的出现在很长一段时间-我们表明，量子比特经历纯指数消相干的速率取决于其周围环境的温度。我们验证了我们的预测，通过数值实验的量子自旋链，热化后吸收能量从周期性的驱动器。我们的工作提供了一个通用的方法来测量孤立的，强相互作用系统的温度在最小的假设。
2022-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Thermal pure matrix product state in two dimensions: tracking thermal equilibrium from paramagnet down to the Kitaev honeycomb spin liquid state
首次将 TPQ-MPS 应用于二维 Kitaev 蜂窝模型，成功在几乎全温区精确重现比热峰，证明基于自旋的多体描述能捕获演生的 Majorana 费米子，且数值成本更低。
2023-10-17 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.comp-ph
Predicting Gibbs-State Expectation Values with Pure Thermal Shadows
提出一种量子算法，利用纯热影子在虚时间下演化随机纯态，仅需O(log M)次测量即可预测任意Gibbs态的M个线性函数，并在XXZ模型和量子玻尔兹曼机训练中验证了其有效性。
2023-06-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Purity of thermal mixed quantum states
我们开发了一个公式来评估一系列热平衡态的纯度，这些热平衡态可以在不知道量子态\textit{a priori}的确切形式的情况下在数值实验中计算。正则典型性保证了这些态有许多微观上不同的表达，我们称之为热混合量子（TMQ）态。假设我们用$N_\mathrm{samp}$独立纯态的混合态构造TMQ态。每个纯态的权由其范数给出，配分函数由范数的平均给出。为了证明混合的效率，我们引入了一个量子统计量，称为“配分函数的归一化波动"。对于较小的NFPF，TMQ状态更接近纯状态的等权重混合，这意味着更高的效率，需要更小的$N_\mathrm{samp}$。最大的NFPF是在纯度为0和指数大的$N_\mathrm{samp}$的Gibbs态中实现的，而最小的NFPF是在纯度为1和$N_\mathrm{samp}=1$的热纯量子态中实现的。仅使用NFPF配制纯度，大致得到$N_\mathrm{samp}^{-1}$。我们的分析结果进行了数值测试，并证实了两个随机抽样方法建立在矩阵乘积状态为基础的波函数。
2022-09-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermal Uhlmann-Chern Number: Bridging Pure and Mixed States
本文提出热Uhlmann-Chern数，推广Chern数以刻画混合态拓扑，证明零温极限收敛并应用于多个模型，连接纯态与混合态拓扑性质。
2025-06-22 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Quantum master equation from the eigenstate thermalization hypothesis
该研究基于本征态热化假设推导了弱耦合混沌纯态浴系统的量子主方程，揭示马尔可夫性与局域细致平衡的产生机制，经数值验证并对比可积浴差异，拓展了开放量子系统理论的适用范围。
2025-09-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Alternatives to Eigenstate Thermalization
一个初始纯态的孤立量子多体系统，如果满足本征态热化假设（ETH），将达到热平衡。我们考虑已经提出的ETH的替代品。我们首先证明了冯·诺依曼的量子遍历定理依赖于一个基本上等价于ETH的假设。我们还研究了是否，突然淬火后，特殊类的纯态可以导致系统的热行为，不服从ETH，即可积系统。我们找到了这样的例子，但仅限于在淬火之前服从ETH的初始状态。
2012-03-14 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
From Linear to Nonlinear Responses of Thermal Pure Quantum States
我们提出了一个自验证方案来计算量子多体系统在任何温度下对任意强度外场的无偏响应。通过打开一个特定的场到一个孤立系的热纯量子态，并跟踪它的时间演化，人们可以观察到一个由多体效应驱动的内禀热化过程。热化前的瞬态行为包含了丰富的激发态信息，给出了所有频率下的线性和非线性响应函数。我们发现的必要条件，以澄清这种形式主义的适用性，支持一个适当的非线性响应函数的定义。该协议的准确性是保证严格的误差上限随系统大小呈指数下降，并很好地实现在简单的铁磁海森堡链，其在高场的响应表现出非线性带变形。我们进一步提取了自旋1/2的kagome反铁磁体的激发的特征：来自可能的自旋液体基态的波数不敏感的线性响应，以及应该从大量的准粒子碰撞中产生的显著宽的非线性峰，这些都超出了微扰描述。
2018-11-25 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Pure states statistical mechanics: On its foundations and applications to quantum gravity
该项目涉及量子力学，统计力学和热力学之间的相互作用，在孤立的量子系统。其基本目标是提高我们对量子系统中热平衡概念的理解。首先，我调查了在热行为的出现中，可观测量和测量值所起的作用。这导致了一个新的概念热平衡这是具体的一个给定的观察，而不是整个国家的系统。出现的平衡图是统计力学的一种推广，在这种力学中，我们对系统的状态不感兴趣，而只对测量过程的结果感兴趣。我研究了这幅图如何与孤立量子系统中热行为出现的最有希望的方法之一：本征态热化假设有关。然后，我应用这些结果研究了多体定域系统的一些平衡性质。尽管局部化现象阻止了子系统的热化，我还是能够证明我们仍然可以用统计力学的预测来描述某些可观测量的平衡。此外，在这个过程中发展起来的直觉使我提出了一种实验上可行的方法来揭示多体局域系统的相互作用本质。其次，利用“测度集中”现象研究了圈量子引力基态的宏观性质。这些技术以前被用来解释为什么量子系统中的热行为在宏观尺度上是如此普遍的现象。我专注于局部性质，它们的热力学行为和与半经典极限的相互作用。这是出于从量子引力的角度理解经典视界如何以及为什么表现出热性质的必要性。
2018-08-01 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Eigenstate Thermalization and Representative States on Subsystems
我们考虑一个由自由度组成的量子系统A U B，这些自由度可以划分为空间不相交的区域A和B。当整个系统处于A区和B区纠缠的纯态时，传统上假定在不参考其补集的情况下描述的A区的量子力学需要A上的约化密度矩阵。虽然这肯定是正确的，作为一个确切的问题，我们认为，在许多有趣的情况下，期望值的典型运营商内的任何地方A可以计算从一个合适的纯状态A单独，控制误差。我们使用量子统计力学的见解-特别是本征态热化假设（ETH）-来论证这种“代表态”的存在。
2014-06-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
A quasi-pure Bose-Einstein condensate immersed in a Fermi sea
本文报道在磁阱中观察到玻色-爱因斯坦凝聚体和费米气体共存。由于热原子的比例非常小，7Li冷凝物是准纯的，并且与6Li费米气体热接触。最低共同温度为0.28 μ K = 0.2（1）T_C = 0.2（1）T_F其中T_C为BEC临界温度，T_F为费米温度。凝析气在径向阱维表现为理想气体，是一维的。
2001-07-20 cond-mat.stat-mech
Typicality of thermal equilibrium and thermalization in isolated macroscopic quantum systems
基于热平衡应该通过宏观观测来刻画的观点，我们发展了宏观量子系统中热平衡的典型性和热平衡的途径的一般理论。我们首先用公式表示孤立量子系统中的纯态代表热平衡的概念。然后，通过假设或证明在某些非平凡模型（包括热接触的两体模型）中微正则系综的大偏差型边界（我们称之为热力学边界），证明了表征热平衡是微正则能量壳层中纯态的一个典型性质.我们相信，这种典型性，以及统计力学在经验上的成功，为均衡统计力学提供了一个合理的理由。我们还建立了两种不同假设下的热平衡的方法，一个是初始状态有一个温和的能量分布，另一个是能量本征态热化假设。
2016-03-24 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Thermal stability of coupled ferromagnetic and superparamagnetic particles
我们考虑一个具有单轴各向异性的单畴铁磁粒子与一个单畴软铁磁粒子（超顺磁粒子）的耦合。在这种情况下，热搅动磁化反转的问题可以被简化为具有有效更大的各向异性场的第一颗粒的随机磁化动力学。外部磁场也会以一种依赖于耦合符号的方式改变，并且可以被增强或抑制。
2002-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Microscopic Distribution of Thermal Current in Particle Systems
用直接数值模拟方法研究了粒子系统导热稳态下微观热流的非平衡分布函数。在此基础上，研究了热流的两个特征温度。实验结果表明，温度与电流方向有关，平行于热流方向的温度高于反平行于热流方向的温度。平行温度和反平行温度之间的差与宏观温度梯度成比例。
2009-03-31 cond-mat.stat-mech
Analytical solutions for a charged particle with white, thermal, and active noises in the presence of a uniform magnetic field
Wonkwnag University（元晓南大学）；Haena Ltd.（海纳有限公司）；Pukyong National University（釜庆国立大学）
本文研究了在均匀磁场中受多种噪声影响的带电粒子运动方程，推导了福克-普朗克方程并获得了不同时间域内的联合概率密度解析解。
2026-02-20 cond-mat.stat-mech
Dynamical localization of a particle coupled to a two-level systems thermal reservoir
利用泛函积分方法，研究了二能级系统热库对单粒子动力学的影响。我们发现，在低温下，在亚欧姆制度，粒子成为{}“动态”本地化在很长一段时间内，由于粒子-水库相互作用产生的有效电位。这种行为是从一个不同的通常浴谐振子，是从根本上与非马尔可夫性质的耗散过程。
2007-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Kinetic and hydrodynamic regimes in multi-particle-collision dynamics of a one-dimensional fluid with thermal walls
研究了一维（$1D1V$）流体在长度为$L$的有限空间区域内的非平衡定态。粒子通过多粒子碰撞相互作用，并与位于区域边界的两个热壁热源接触。经过初始弹道制度，我们发现一个交叉从正常（动力学）运输制度的异常（流体动力学），以上的特征尺寸$L_*$。我们认为，$L_*$是正比于粒子之间的碰撞时间的立方。受聚变等离子体中发射偏滤器物理的启发，我们考虑了更一般的热壁注入粒子的情况下，给定的平均（非热）速度。对于快速和相对冷的粒子，短系统无法建立局部平衡，并显示非麦克斯韦速度分布。
2021-01-12 cond-mat.stat-mech
On the canonical distributions of a thermal particle in the weakly confining potential of special type
考虑在速度空间和弱约束势中扩散的热粒子，其特征为粒子速度$v$和控制参数$v_c$的反双曲正弦函数. Fokker-Planck方程的定态是一个正则概率分布。此外，适当的重新参数化将该定态与$κ$ -变形高斯相关联。
2019-05-23 cond-mat.stat-mech
Relaxation and Emittance Growth of a Thermal Charged-Particle Beam
我们提出了一个理论，使我们能够准确地计算分布函数和发射度增长的热带电粒子束后，它放松到平衡。该理论可用于获得粒子的分数，这些粒子将从束中蒸发形成晕。计算出的发射度增长被认为是在良好的协议与模拟。
2009-10-27 cond-mat.stat-mech physics.acc-ph physics.plasm-ph
