A driven-dissipative quantum Monte Carlo method for open quantum systems
我们发展了一种实时的全组态相互作用量子蒙特卡罗方法来模拟驱动耗散的开放量子系统。该方法使随机采样的刘维尔-冯-诺依曼的密度矩阵的时间演化，由于一个大规模的并行算法，从而提供非平衡稳态的可观测量的估计。我们提出了基本的理论，并引入引发技术和重要性抽样，以减少统计误差。最后，我们通过将其应用于格点上的驱动-耗散二维XYZ自旋模型来证明我们的方法的有效性。
2018-02-16 quant-ph
Diagrammatic Monte Carlo for Dissipative Quantum Impurity Models
提出一种针对耗散量子杂质模型实时动力学的图蒙特卡罗方法，在单一实时轮廓上对杂化展开采样，证明局部马尔可夫耗散能减轻符号问题以延长模拟时间，并应用于Anderson杂质模型分析退相干对电荷与自旋动力学的影响。
2024-02-12 cond-mat.str-el quant-ph
Quantum dynamics at finite temperature: Time-dependent quantum Monte Carlo study
本研究利用TDQMC方法自洽处理粒子系统与浴振子，通过虚时间传播获得有限温度基态，再通过实时间计算展示耗散动力学，为路径积分技术提供了有前景的替代方案。
2025-01-28 quant-ph
Quantum Markov Chain Monte Carlo with Digital Dissipative Dynamics on Quantum Computers
对与环境相连的量子系统的动力学进行建模对于推进我们对复杂量子过程的理解至关重要，因为自然界中的大多数量子过程都受到环境的影响。在量子模拟器上对宏观环境进行建模可以通过耦合独立的辅助量子比特来实现，辅助量子比特以适当的方式促进与系统的能量交换并模拟环境。这种方法需要很大的，可能是指数数量的辅助自由度，这是不切实际的。相比之下，我们开发了一种数字量子算法，它使用少量的辅助量子比特来模拟与环境的相互作用。通过将辅助能量的周期性调制或光谱梳理与周期性重置操作相结合，我们能够模拟与大环境的相互作用，并生成相互作用的多体系统的热态。我们通过模拟制备横向伊辛模型的热态来评估该算法。我们的算法也可以被看作是一个量子马尔可夫链蒙特卡罗（QMCMC）过程，允许采样的吉布斯分布的多变量模型。为了证明这一点，我们使用该算法的简单概率图形模型的抽样吉布斯分布的准确性进行评估。
2021-03-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Staggered quantum phases of dipolar bosons at finite temperatures
具有关联隧穿效应的扩展Bose-哈伯德模型表现出交错的超流和超固态量子相。利用Gutzwiller平均场方法和量子蒙特卡罗方法研究了二维光晶格中偶极玻色子量子相位的有限温度相变。当最近邻排斥与原位相互作用相当时，我们发现两种拓扑上不同的超流体被正常流体相分开，而在较强的离位相互作用下，出现密度调制绝缘量子相。我们估计了交错超流向正常流体转变的临界温度，并证明了这种转变是Kosterlitz-Less型的。最后，我们阐明了在存在一个外部陷阱势的交错量子相位的共存。我们的研究为在最近的偶极光晶格实验中观察到新的交错量子相位铺平了道路。
2022-12-07 cond-mat.quant-gas quant-ph
Variational analysis of driven-dissipative bosonic fields
本文提出了一种对任意大占据数的驱动耗散玻色子场的量子主方程进行变分分析的方法。我们的方法结合了密度矩阵的P表示和开放量子系统的变分原理。我们通过比较波函数蒙特卡罗模拟和Jaynes-Cummings模型的Maxwell-Bloch方程的解来基准测试该方法。此外，我们还研究了腔场中里德堡极化激元的模型，并引入了一组新的变分参数来描述不同模式之间的关联。
2020-11-27 quant-ph
Dynamics and equilibration of Rydberg excitations in dissipative atomic ensembles
研究了弛豫作用下强相互作用原子里德堡态的共振光激发。我们采用量子随机（蒙特卡罗）波函数来模拟二维晶格中几十个原子的耗散动力学。我们表明，在典型的实验条件下，涉及缓慢的里德伯态衰减和相当大的放松原子相干性，在几微秒的时间尺度上的原子系综接近一个稳定的状态，其中大部分的原子之间的量子相关性已经衰减了。然而，稳定状态，表现出很强的经典相关性的里德伯激发概率。
2013-05-10 physics.atom-ph quant-ph
Unraveling Open Quantum Dynamics with Time-Dependent Variational Monte Carlo
本文提出将含时变分蒙特卡罗与量子轨迹技术结合，把Lindblad主方程展开为随机薛定谔方程系综，以高效模拟开放量子多体动力学，并在耗散长程Ising模型中验证了其准确性和可扩展性。
2025-07-21 quant-ph
Parallelizing Dissipative Quantum Algorithms
Yale University（耶鲁大学）；University of Toronto（多伦多大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
本文提出并行化耗散量子算法中跳跃算子的方案，利用几何局域性使电路深度指数级降低，实验显示100量子比特一维系统查询深度减少53倍，提升了近期量子计算的实用性。
2026-10-06 quant-ph
Beating the House: Fast Simulation of Dissipative Quantum Systems with Ensemble Rank Truncation
介绍一种新的耗散量子系统的模拟技术。这种方法是由一个近似的分解的林德布拉德方程到克劳斯映射，从它可以定义一个合奏的波函数。使用主成分分析，这个合奏可以被截断到一个可管理的大小，而不牺牲数值精度。我们称这种方法为\emph{Ensemble Rank Truncation}（ERT），并发现在弱耦合的制度，这种方法是能够超越现有的波函数蒙特卡罗方法的数量级的精度和速度。我们还探讨了将ERT与模拟大型系统（如矩阵乘积状态（MPS））的近似技术相结合的可能性，并表明在许多情况下，这种方法将比直接表达的密度矩阵在其MPS形式更有效。我们期望ERT技术在模拟量子信息、计量学和热力学的耗散系统时具有实际意义。
2020-10-12 quant-ph
A Monte Carlo Time-Dependent Variational Principle
我们推广的时间依赖变分原理（TDVP）耗散系统使用Monte Carlo方法，允许应用现有的纯态变分类，如矩阵乘积状态（MPS），Lindblad主方程动力学的模拟。关键的一步是利用采样近似求解由Lindblad生成元导出的Fokker-Planck方程。这种方法的一个重要的计算优势，相比其他变分方法的混合状态动力学，是“并行”。
2014-11-20 cond-mat.str-el quant-ph
Tensor-network-based variational Monte Carlo approach to the non-equilibrium steady state of open quantum systems
本研究提出一种基于矩阵乘积算子拟设变分蒙特卡洛优化的新方法，可高效模拟大尺度多体开放量子系统的非平衡稳态，在周期系统计算成本标度上优于同类算法，并在N=100自旋的耗散量子Ising模型中验证了通用性。
2024-09-09 quant-ph
Neural-Network Approach to Dissipative Quantum Many-Body Dynamics
在实验现实的情况下，量子系统从来都不是完全孤立的，需要考虑到与环境的耦合。通常，环境的影响可以很好地近似马尔可夫主方程。然而，解决这个主方程的量子多体系统，变得非常困难，由于高维的希尔伯特空间。在这里，我们提出了一种基于机器学习技术的开放量子多体系统动力学的有效模拟方法。本文将神经网络用于描述混合多体量子态的约束Boltzmann机形式，并导出了求解其时间演化和定态的变分Monte-Carlo算法。我们文件的精度的方法与数值例子耗散自旋晶格系统。
2019-05-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.other quant-ph
On the generality of symmetry breaking and dissipative freezing in quantum trajectories
最近，几个研究涉及具有强对称性的开放量子系统已经观察到，在主方程的Monte Carlo解开中的每一个单独的轨迹将动态地选择一个特定的对称扇区冻结在长时间限制中。这种现象被称为耗散冻结，在本文中，我们认为，通过提出几个简单的数学观点的问题，这是一个普遍的后果，在一个开放的系统中存在一个强对称性，只有少数例外。使用一些示例系统，我们说明了这些参数，揭示了显式的Liouvillian在非对角对称部门的光谱特性之间的关系和时间冻结发生。在限制的情况下，本征模与纯虚本征值是明显的，在这些部门，冻结未能发生。这种模式表明系统的对称扇区之间的信息和相干性的保存，并可能导致诸如非平稳性和同步性的现象。在单个量子轨道水平上不存在冻结，这提供了一种简单、计算效率高的方法来识别这些无痕模式。
2022-09-22 quant-ph
Quantum Diffusion of H/Ni(111) through the Monte Carlo Wave Function Formalism
本文用蒙特卡罗波函数方法研究了一个多自由度耗散背景耦合的量子系统。该方法不处理可能是非常高维的密度矩阵，而是将随机薛定谔方程与演化算子中的非厄米阻尼项和随机量子跳跃相结合。该方法适用于100 K以下氢在Ni（111）表面的扩散。我们表明，最近的实验扩散数据，该系统可以理解，通过带间激活过程，然后通过量子隧穿。
2001-04-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dissipative Preparation of Antiferromagnetic Order in the Fermi-Hubbard Model
Fermi-哈伯德模型是凝聚态物理的核心模型之一，它具有解释高温超导现象的潜力。光晶格中超冷原子的最新进展为使用量子模拟工具研究模型的相图铺平了道路，这是一种有前途的替代数值计算的臭名昭著的符号问题。然而，到目前为止，使用精心设计的激光冷却方案获得的温度太高，无法直接显示反铁磁和超导量子相的出现。在这项工作中，我们表明，使用耗散量子态工程的机械，可以有效地制备反铁磁秩序在当今的实验与超冷费米子。该方法的核心是加入非相干激光散射，使得反铁磁态成为驱动耗散动力学的暗态。为了阐明反铁磁秩序的发展，我们采用了两种互补的技术：Monte Carlo波函数模拟小系统和最近提出的变分方法开放量子系统，在热力学极限操作。在这项工作中描述的受控耗散通道是直接添加到现有的实验装置。
2016-09-28 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Critical properties of dissipative quantum spin systems in finite dimensions
研究了具有均匀铁磁相互作用的有限维耗散量子自旋系统的临界性质。从耦合到欧姆谱密度谐振子池的横场伊辛模型出发，将其经典表示推广到具有$O(n)$对称性的经典自旋系统，然后采用大- $n$极限将系统约化为球模型.精确的解决方案所产生的球形模型与长程相互作用沿时间轴显示的静态临界指数与那些传统的短程球形模型在$d+2$维度，其中$d$是原始量子系统的空间维数相一致的相变。这意味着动力学指数为$z=2$。这些结论与一维和二维耗散横场Ising和$O(n)$模型的蒙特卡罗模拟和重整化群计算结果一致。因此，本方法作为一个有用的工具，分析研究的耗散横向场伊辛和相关模型的量子相变的性质。我们的方法也可以提供一个平台，研究更复杂的相变耗散有限维量子自旋系统，最近收到新的兴趣的背景下，量子退火在噪声环境中。
2016-10-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Stochastic Multi Configuration Time-Dependent Hartree for Dissipative Quantum Dynamics with Strong Intramolecular Coupling
在这篇文章中，我们探讨了一个强耦合的多维系统的耗散动力学接触马尔可夫浴以下的系统浴的方法。在这项工作中，我们使用最近开发的随机多配置时间依赖哈特里的方法在蒙特卡洛波包形式主义[J.Chem.Phys.156，094109（2022）]。当分子内耦合较弱时，该方法可产生波包的热化系综。为了处理强耦合系统，新的Lindblad耗散运营商被构造为系统坐标和相关动量的线性组合。这些都是通过一个单一的变换到一个正常的模式表示，这减少了二阶模间耦合。此外，我们使用广义的提高/降低运营商的组合，以执行玻尔兹曼分布的耗散运营商，产生完美的热化的谐波限制。使用模型二维哈密顿参数化解开分子内的潜在耦合，费米共振中观察到的强模式混合的影响，和非谐性的测试两个anadministration。
2022-06-16 physics.chem-ph quant-ph
Electron-Phonon Scattering in Planar MOSFETs: NEGF and Monte Carlo Methods
提出了一种将电子-声子散射纳入适用于平面MOSFET的非平衡格林函数（NEGF）框架的形式。重构的NEGF方程的横向动量模式的近似求和导致一个严格和有效的解决方案的方法。这有助于大大降低计算复杂性，允许治疗的量子力学和耗散的电子-声子散射过程的设备尺寸从纳米到微米。的形式主义是系统的基准对Monte Carlo解决方案的经典玻尔兹曼运输模型潜在的配置文件。结果表明，两种方法之间的各种通道长度和偏置条件下，弹性和非弹性散射过程的显着接近的协议。
2012-09-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Matrix-Product-Operator Approach to the Nonequilibrium Steady State of Driven-Dissipative Quantum Arrays
基于密度矩阵的矩阵乘积算子，我们发展了一种数值方法来有效地模拟开放量子系统一维阵列的非平衡稳态。该程序搜索的零特征值的Liouvillian超算子通过扫描沿系统，同时进行部分对角化的单站点固定的问题。它完全类似于孤立系基态的密度矩阵重整化群方法，其数值复杂性与键维数成幂律关系。该方法带来了相当大的优势相比，通过Trotter分解的时间相关的问题的集成，因为它可以解决任意长距离的耦合。此外，它确保了数值稳定性的情况下，弱耗散系统由于沿扫描的耗散率的缓慢调谐。我们已经测试了驱动耗散自旋链的方法，在各种假设的哈密顿量，驱动，和耗散参数，并比较了由Trotter动力学和蒙特卡洛波函数得到的结果。精确和数值稳定的收敛时，总是实现了应用该方法与间隙Liouvillian和非退化的稳态系统。
2015-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement Transition and Replica Wormhole in the Dissipative Sachdev-Ye-Kitaev Model
本文提出耗散SYK模型作为最小量子模型，展示其纠缠动力学呈现类似副本虫洞的特征，并在大N弱耗散下观察到一阶纠缠跃迁，为量子模拟器研究副本虫洞物理铺路。
2023-06-21 cond-mat.dis-nn hep-th quant-ph
Variational Quantum Monte Carlo Method with a Neural-Network Ansatz for Open Quantum Systems
模拟具有大量自由度的多体开放量子系统的性质是解决量子科学和量子信息中几个突出问题的前提。该任务所带来的挑战在于密度矩阵的复杂性随着系统大小呈指数增长。在这里，我们开发了一种变分方法，有效地模拟非平衡稳态的马尔可夫开放量子系统的基础上变分蒙特卡罗和神经网络表示的密度矩阵。由于随机重构方案，将变分原理的应用转化为量子主方程的实际积分。我们测试的有效性的方法通过建模的二维耗散XYZ自旋模型上的晶格。
2019-06-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.other quant-ph
