Simulating quantum thermodynamics of a finite system and bath with variable temperature
我们构建了一个有限的浴与可变温度的量子热力学模拟，其中热流动之间的系统$\mathcal{S}$和浴环境$\mathcal{E}$的初始$\mathcal{SE}$纯态的时间演化。浴槽由谐振子组成，谐振子不一定相同。考虑不同数量的振荡器的浴;在模拟中使用具有五个振荡器的浴。该浴具有类似温度的水平分布。这导致定义了随时间变化的系统环境微正则温度$T_\mathcal{SE}(t)$。量子态向类热的平衡态演化，但与适用于无限量子浴（例如，相同振荡器的无限系统）的普通能量-温度关系存在显著偏差。也有偏离爱因斯坦的量子热容量。对于给定的能量，有限浴的温度系统地大于无限浴的温度，并且随着振荡器数目的增加而渐近地接近后者。这表明，这些有限尺寸效应的实现可能会达到在小分子的计算和实验动力学。
2019-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Quantum nano-electromechanics with electrons, quasiparticles and Cooper pairs: effective bath descriptions and strong feedback effects
利用量子噪声方法，我们讨论了普通金属和超导单电子晶体管（SET）耦合到机械谐振器的物理。特别注意的是通过非相干库珀对隧穿（无论是通过约瑟夫森准粒子（JQP）或双约瑟夫森准粒子（DJQP）过程）发生运输的制度。我们发现，令人惊讶的是，隧道库珀对（或超导准粒子）的反作用可以用来显着冷却振荡器。我们还讨论了在这个系统中的负阻尼效应的物理起源，以及它们如何可以导致一个政权的强机电反馈，尽管弱SET -振荡器耦合，振荡器的运动强烈影响隧道的库珀对。我们表明，在这种制度下，振荡器的特点是由一个能量依赖的有效温度。最后，我们讨论了非相干库珀对隧道的反作用效应与具有可移动反射镜的光学腔中有质动力效应之间的强烈相似性;在我们的情况下，隧道库珀对扮演了腔光子的角色。
2005-08-01 cond-mat.mes-hall
Quantum frustration of dissipation by a spin bath
我们研究了没有内部动力学的中心自旋耦合到自旋浴的演化。我们比较的情况下，浴耦合到一个或两个组件的自旋。结果发现，在后一种情况下，中心自旋动力学增强，这可以解释为一个挫折的耗散。然而，在这两种情况下，自旋的量子纯度衰减得很快。我们的结论是，对称耦合浴的两个正交分量的自旋抑制耗散，但不退相干。
2008-08-09 cond-mat.mes-hall
Zeno and anti-Zeno dynamics in spin-bath models
研究了自旋-玻色子模型和自旋-费米子模型中的量子芝诺效应和反芝诺效应。我们发现，Zeno-anti-Zeno转变是严格控制的系统浴耦合参数，相同的参数，决定自旋退相干速率。我们还讨论了在偏置系统中，在高温下，和一个非平衡自旋费米子系统的交叉，体现了电偏压，温度和磁场的反作用的自旋退相干率。
2007-01-26 cond-mat.mes-hall
Dynamical suppression of fluctuations in an interacting nuclear spin bath of a self-assembled quantum dot using multiple pulse nuclear magnetic resonance
量子点中的电子自旋量子比特相干性最终受到随机核自旋浴涨落的限制。在这里，我们的目标是消除这种随机性，使纺丝浴演变确定性。我们引入自旋浴控制序列，系统地结合哈恩和固体回声，以抑制非均匀加宽和核-核相互作用。对自组装量子点的实验表明，核自旋相干性增加了五倍。数值模拟表明，这些序列可以用来抑制点缺陷和掺杂自旋系统中通过量子位-量子位相互作用引起的退相干。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall
Finite size bath in qubit thermodynamics
我们从量子热力学的角度讨论了一个量子比特弱耦合到一个有限大小的热浴（热量计）。沉积在这个环境中的能量以及量子比特的状态为分析这个封闭组合系统的热和功统计提供了基础。我们提出了两个代表性的模型，其中浴是由两个级别的系统或谐振子，分别的结果。最后，我们得到了一个开放量子系统的结果组成的上述量子位加上有限尺寸浴，但现在后者是耦合到一个几乎无限的浴相同性质的振荡器或两个能级系统。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effect of random interactions in spin baths on decoherence
本文研究了自旋为1/2的中心粒子在具有浴内相互作用的自旋浴中的退相干。由于我们感兴趣的相互作用和无序的累积效应，我们研究浴包括伊辛自旋随机铁磁和反铁磁之间的相互作用的自旋。使用的预解算子方法，超出了标准的玻恩-马尔可夫主方程的方法，我们表明，在弱耦合制度，在任何时候的中心自旋的退相干完全由本地场分布或等价地，伊辛浴的动力学结构因子。我们提出了分析结果的伊辛自旋链浴在任意温度下的不同分布的浴内相互作用强度。我们发现明确的证据，非马尔可夫行为在低温制度。我们还考虑浴所描述的伊辛模型高维晶格。我们发现，相互作用导致显着减少的退相干。相互作用的自旋浴的一个重要特征是在高温下渐近马尔可夫衰变率的饱和，而不是传统的欧姆玻色子浴。
2006-10-31 cond-mat.mes-hall
Exact dynamics of driven Brownian oscillators
利用Wigner相空间高斯波包方法构造了受驱动布朗振子系统的量子主方程。外场和损耗的相互作用导致该系统有效的场校正，增强了极化。这种合作性质是由于一个有效的浴响应施加在系统上的外场。它在低频驱动和中间浴存储区是重要的。我们证明了这种非马尔可夫效应的线性响应和非线性动力学和分析结果与解析渐近表达式。
2009-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Steady state quantum transport through an anharmonic oscillator strongly coupled to two heat reservoirs
利用数值精确的基于热场的链映射矩阵乘积态（TCMPS）方法，研究了耦合到两个不同热浴中的单格点Bose-哈伯德模型非谐振子的输运性质.我们比较TCMPS的有效性，以探测强相互作用系统的非平衡动力学，无论系统浴耦合与全球主方程方法在Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad形式。我们讨论了现场相互作用，温度偏置以及系统浴耦合的稳态输运性质的影响。最后通过研究两个不同初态之间迹距随时间演化的非单调性，证明了非马尔可夫动力学的存在。
2020-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
A Unified Stochastic Formulation of Dissipative Quantum Dynamics. II. Beyond Linear Response of Spin Baths
本文利用文献Ⅰ中提出的“广义分层运动方程“研究了与自旋浴耦合系统的退相干。本方法允许系统地纳入高阶非谐效应的动态计算中的浴。研究了自旋浴模型线性响应近似的首阶修正。考虑两种类型的基于自旋的环境：（1）从连续谱密度离散化的自旋浴和（2）物理自旋浴，例如核或电子自旋。主要差异在于如何选择浴槽频率和系统-浴槽耦合参数来代表环境。当从连续谱密度离散化时，系统-浴耦合通常按$\sim 1/\sqrt{N_B}$缩放，其中$N_B$是浴旋转的数量。这种缩放抑制了纺丝浴的非高斯特性，并证明了在热力学极限下的线性响应近似。对于物理自旋浴模型，系统-浴耦合直接从自旋-自旋相互作用推导，没有理由服从$1/\sqrt{N_B}$标度。并不总是能够证明线性响应近似值的合理性。此外，如果自旋-自旋哈密顿量和/或浴参数是高度对称的，则这些额外的约束产生超出线性响应处理的非马尔可夫和持久动力学。
2017-01-20 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
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。
2012-05-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Energetics of the dissipative quantum oscillator
该研究针对耗散量子振子的能量学，基于涨落-耗散定理分析了两种热平均能量的差异与共性，结合吉布斯方法得到弱耦合极限下的统一结果，并将分析推广至三维耗散磁振子情形。
2023-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Two-level system in spin baths: Non-adiabatic dynamics and heat transport
本文利用非相互作用blip近似研究了两态子系统在独立自旋浴中的非绝热动力学，并导出了相应记忆核的精确解析表达式。我们表明，在热力学极限，当子系统浴耦合稀释（均匀）在许多（无限）自由度，我们的表达式减少到已知的结果，对应于谐波浴与一个有效的，温度依赖性，谱密度函数。然后，我们继续和研究的热流特性的非平衡自旋-自旋-浴模型，与两个状态的子系统桥接两个不同温度的热自旋浴。我们比较这个模型的行为的情况下，自旋连接玻色子浴，并证明两个模型之间的显着的定性差异。具体来说，我们专注于热二极管效应的发展，并表明自旋-自旋-浴模型不能支持它在弱（子系统-浴）耦合，而在中间强耦合制度的整流性能胜过自旋玻色子模型。
2014-03-04 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
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%。
2008-04-09 cond-mat.mes-hall 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
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。
2023-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bath-induced spin inertia
针对实验发现的惯性自旋动力学现象，研究宏观自旋与热浴的耦合，证明热浴高频模式普遍诱导自旋惯性，为相关实验提供新见解，指出自旋耗散通道需包含对应项。
2024-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
2019-12-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Flow equation renormalization of a spin-boson model with a structured bath
本文讨论了自旋与阻尼谐振子耦合的动力学。该系统可以映射到具有结构化浴的自旋玻色子模型，即浴的光谱函数具有共振峰。我们对角化的模型通过无穷小的幺正变换（流方程），从而解耦的小量子系统从它的环境，并计算自旋-自旋关联函数。
2003-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Ultrasensitive calorimetric detection of single photons from qubit decay
我们描述了一个量子位线性耦合到一个热浴，无论是直接或通过一个腔。本文的主要重点是在现实电路中的量热检测，特别是耦合到电阻器作为吸收体的固态量子比特。在模型中的浴形成的振荡器最初在基态的能量和耦合强度的分布。一个直接的数值解薛定谔方程的整个系统，包括$10^6$振荡器在浴验证预期的衰减过程。我们定量地解决了量子位和浴分离的问题，通过在两者之间添加一个腔，通过失谐，可以将衰减速率调整到一个方便的制度，用于检测目的。最重要的是，我们建议将量子分裂为两个未耦合的浴，并对它们的温度进行互相关测量。这种技术显著地提高了量热计的信噪比。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum system dynamics with a weakly nonlinear Josephson junction bath
研究了由约瑟夫森结链组成的弱非线性约瑟夫森池对小量子系统（LC振荡器）动力学的影响。针对电荷能为最大能量标度的区域，在保持余弦势不变的情况下，微扰计算了Josephson浴的关联函数到Josephson能量除以电荷能的首阶.当充电能量沿链的变化确保浴关联函数的快速衰减时，可以通过马尔可夫主方程求解与约瑟夫森浴弱电容耦合的LC振荡器的动力学。我们分别建立了大荷电区和约瑟夫森能区之间的约瑟夫森浴的对偶关系。结果可以应用到的情况下，充电能量是不均匀的工程或无序的链。此外，我们发现，约瑟夫森浴可能成为非马尔可夫当温度增加超过零温度极限，浴关联函数得到移动一个常数，不随时间衰减。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Bath-engineering magnetic order in quantum spin chains: An analytic mapping approach
本文提出一种非微扰解析映射方法，通过控制量子自旋链中连接浴的局域性来构建不同磁序，揭示了自旋-浴耦合对自旋相互作用的影响，并在多种自旋模型中演示了浴诱导的磁序转变与量子相变。
2024-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Independent-oscillator model and the quantum Langevin equation for an oscillator: A review
本综述基于独立振子模型，简要介绍振子的量子朗之万方程及其稳态热力学，涵盖能量均分定理的量子对应、自由能、熵、比热、第三定律、耗散抗磁性、动量耦合及涨落定理。
2024-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
