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
Complete Positivity and Thermal Relaxation in Quadratic Quantum Master Equations
本文提出一种系统方法,通过广义布朗运动的正则量子化推导满足完全正定且保迹(CPTP)映射的量子主方程,并针对多体二次哈密顿量建立 CPTP 判据,以描述热弛豫过程并应用于网络模型等相互作用体系。
2024-11-14 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Range of applicability of the Hu-Paz-Zhang master equation
本文研究了在弱耦合极限下无Lindblad形式的Caldeira-Leggett模型的Hu-Paz-Zhang主方程的二阶微扰情形。在我们的研究中,我们使用高斯初始状态能够采用一个充分和必要的条件,可以暴露的正违反的密度算子在时间演化。我们证明了当定态解不是正算子时,非马尔可夫主方程的演化存在问题,即,没有物理解释。我们还表明,解决方案始终保持物理的小时代的演变。此外,我们确定了一个强大的反常行为,当解决方案的轨迹是发散的。我们还提供了相应的马尔可夫主方程的结果,并表明,积极的违反发生各种类型的初始条件,即使当固定的解决方案是一个积极的运营商。基于我们的数值结果,我们得出结论,这种非马尔可夫主方程是优于相应的马尔可夫之一。
2020-08-13 quant-ph
Staying positive: going beyond Lindblad with perturbative master equations
微扰主方程(布洛赫-雷德菲尔德)被广泛用于研究耗散量子力学-特别是量子比特-尽管25年前的批评认为它违反了正性(产生负概率)。我们采取一个任意的系统耦合到一个环境中包含许多度的自由,并投其微扰主方程(来自一个微扰处理Nakajima-Zwanzig或Schoeller-Schon方程)的形式Lindblad主方程。我们发现方程的参数是时间依赖的。这种时间依赖性很少被考虑,并使Lindblad的动力半群分析失效。我们分析了一个这样的布洛赫-雷德菲尔德主方程(一个两级系统耦合到一个环境,具有很短的,但非零的记忆时间),这显然违反了积极性。我们分析表明,一旦占的参数的时间依赖性,积极性被保存。
2008-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optimally chosen Nakajima-Zwanzig master equation for mean field approximation
我们定义了一个投影算子的系综,每个投影算子都有一个精确的Nakajima-Zwanzig主方程用于量子开放系统演化。一个平均场近似的记忆内核的介绍,产量,为最佳选择的投影算子,一个完全确定的非齐次主方程。以前的证明的积极性和平衡扩展到这些新的非齐次非马尔可夫主方程。我们研究了金刚石中的氮空位中心与13 C杂质的相互作用来说明该方法。
2011-10-11 quant-ph
Complete positivity, positivity and long-time asymptotic behavior in a two-level open quantum system
本文研究两级开放量子系统中完全正性、正性与非马尔可夫性的条件,建立了弛豫率条件以确保动力学映射的完全正性和正性,并分析了系统趋于平衡态的长时间渐近行为。
2023-12-26 quant-ph
Zeno Dynamics and High-Temperature Master Equations Beyond Secular Approximation
讨论了一类由超越久期近似的主方程生成的映射的完全正性。深入分析了这类演化与系统物理性质之间的联系。它还表明,在适当的假设下,芝诺动力学可以诱导,因为浴的高温。
2013-10-16 quant-ph
Mean field master equation for self-interacting baths II: extension to time-dependent subsystem Hamiltonians
一个平均场参数是用来推导出一个主方程的系统同时相互作用的外部领域和耦合的环境自由度。我们证明了这个主方程保持约化密度矩阵的正性。主方程的解决方案进行了比较,由三个自旋,这是操纵与一个序列的激光脉冲,同时与自旋浴相互作用的系统的精确解。随着浴旋转次数的增加,精确解似乎收敛于主方程结果。
2003-06-12 quant-ph
Preservation of Positivity by Dynamical Coarse-Graining
我们比较了不同的量子主方程的约化密度矩阵的时间演化。广泛应用的长期近似(旋转波近似)与Born-Markov近似相结合,生成Lindblad型主方程,确保完全正的和稳定的演化,并且通常很好地适用于光学浴。然而,对于声子浴,预期长期近似是无效的。通常的马尔可夫主方程一般不保持密度矩阵的正性。作为一个解决方案,我们提出了一个动态适应粗粒度的时间尺度的粗粒度的方法。对于一些简单的例子,我们证明,这保留了积分微分玻恩方程的精度。对于大的时候,我们分析表明,长期近似主方程恢复。该方法原则上可以扩展到具有动态变化的系统哈密顿量的系统,这对于绝热量子计算特别感兴趣。我们给出了一些数值例子的自旋玻色子模型的情况下,自旋系统热化迅速,热化没有达到的其他例子。
2008-06-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Complete positivity, finite temperature effects, and additivity of noise for time-local qubit dynamics
我们提出了一个量子比特动力学的一般模型,它需要纯退相和耗散的时间局域主方程。这使我们能够描述超出通常的马尔可夫近似的热化和退相的综合效果。我们研究了完全的正性条件,并引入了一个启发式模型,总是物理的,并提供了正确的马尔可夫极限。本文研究了温度对系统非马尔可夫行为的影响,证明了Yu和Eberly在文献[1]中讨论的噪声可加性在马尔可夫极限之外仍然成立。
2015-11-23 quant-ph
Non-Markovian Quantum Trajectories Versus Master Equations: Finite Temperature Heat Bath
研究了有限温度下非马尔可夫随机薛定谔方程与相应的非马尔可夫主方程之间的相互关系。我们表明,一般的有限温度非马尔可夫轨迹可以用来推导相应的非马尔可夫主方程。一个简单但重要的可解例子是众所周知的阻尼谐振子模型,其中谐振子耦合到旋转波近似中的有限温度库。通过对量子轨道进行平均,得到了阻尼谐振子的精确无卷积主方程,而无需对耦合强度或时间尺度作任何假设。用这种方法导出的主方程自动地保持了正性、厄米性和统一性。
2004-03-31 quant-ph
The Accuracy of Perturbative Master Equations
我们考虑开放量子系统,其动力学由主方程描述,在系统-环境相互作用中具有微扰展开。我们发现,与直觉相反,全时的解决方案的顺序-2n精度需要一个顺序-(2n+2)主方程。我们给出了两个例子,这种不准确的解决方案的顺序-2n主方程:顺序-2n不准确的稳定状态的系统和顺序-2n的积极性违反,我们展示了这些如何出现在一个具体的例子,精确的解决方案是可用的。这一结果具有广泛的影响耦合(或摩擦)敏感的结果来自二阶卷积,Nakajima-Zwanzig,Redfield和Born-Markov主方程的有效性。
2011-01-21 quant-ph
Recovering complete positivity of non-Markovian quantum dynamics with Choi-proximity regularization
针对弱耦合近似下非马尔可夫量子动力学映射缺乏完全正定性的问题,提出基于Choi邻近正则化的数值方法,在保留非马尔可夫特性的同时修正正定性,且提升了中等耦合区动力学的准确性。
2024-08-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
On completely positive non-Markovian evolution of a d-level system
给出了非马尔可夫主方程时间演化完全为正的充分条件。
2008-01-07 quant-ph
Analytical evaluation of the coefficients of the Hu-Paz-Zhang master equation: Ohmic spectral density, zero temperature, and consistency check
该研究针对零温下带Lorentz-Drude型欧姆谱密度的量子谐振子,解析计算了非Lindblad形式的Hu-Paz-Zhang非马尔可夫主方程的系数,可用于检验解的一致性、定态密度算符正定性及模型参数边界。
2023-07-25 quant-ph
Universal Constraints on Relaxation Times for d-level GKLS master equations
1976年,Gorini,Kossakowski,Sudarshan和Lindblad独立地发现了开放量子马尔可夫动力学的主方程的一般形式。为了纪念所有的作者,这个方程现在被称为GKLS主方程。在本文中,我们显示了普遍的约束松弛时间有效的任何d-水平GKLS主方程,这是一个推广的著名的约束2-水平系统。具体来说,我们表明,任何松弛率,逆松弛时间,是不大于一半的总和的所有松弛率。由于弛豫时间在实验中是可测量的,我们的约束条件提供了一个直接的实验测试的有效性的GKLS主方程,从而为条件的完全积极性和Markovianity。
2020-11-23 quant-ph
Preserving fermionic statistics for single-particle approximations in microscopic quantum master equations
University of Minnesota(明尼苏达大学)
本文提出数学约束确保微观主方程在单粒子近似下保持费米统计,适用于分子和固态系统。
2025-12-22 quant-ph
Bringing multilevel quantum master equations into Lindblad form for complete positivity tests: Two approaches
本文提出两种由任意 Markov 型多能级量子主方程的 Liouvillian 直接计算 Kossakowski 矩阵的方法,并用其检验 Bloch-Redfield 方程的完全正性,揭示不同三能级系统耗散动力学的相似性。
2024-11-19 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Efficient energy resolved quantum master equation for transport calculations in large strongly correlated systems
我们介绍了一个系统的近似有效的评估玻恩-马尔可夫主方程的稳态输运研究开放量子系统的平衡:能量分辨主方程的方法。主方程是在开放量子系统的本征基中建立的,并通过包括具有增加的巨正则能量的本征态来连续地建立。为了量化近似格式的收敛性,我们引入了品质因数来检验保迹性、正性和厄米性。此外,我们讨论了不同类型的主方程,超越了常用的长期近似,以解决准简并态之间的相干性。对于完全正性的讨论,我们引入了一个典型的Redfield-Bloch主方程,并将其与先前导出的Lindblad形式的主方程进行比较,其中使用和不使用长期近似。该近似方案是基准的六轨道量子系统,其中示出了破坏性的量子干涉下的应用程序的偏置电压。本文提出的能量分辨主方程方法使多体量子系统中的量子输运计算在$\sim 10^6$量级的全希尔伯特空间中也可以在六个轨道以外进行数值计算。
2020-12-22 cond-mat.str-el quant-ph
Completely Positive Post-Markovian Master Equation via a Measurement Approach
导出了一个新的后马尔可夫量子主方程,它通过唯象地引入记忆核k(t)包含了浴记忆效应。推导使用作为一个正式的工具的概率单杆浴测量过程中进行的耦合系统浴演变。由此产生的解析可解主方程之间的精确Nakajima-Zwanzig方程和马尔可夫林德布拉德方程插值。给出了k(t)的性质为完全正的一个充分必要条件,并给出了实验确定k(t)的方法.并举例说明了该方法。
2004-10-18 quant-ph
Perturbative Steady States of Completely Positive Quantum Master Equations
Lindblad形式保证了马尔可夫量子主方程(QME)的完全正性。然而,它的微观推导的量子系统弱相互作用的热浴需要几个近似,这可能会导致不准确的QME。最近,各种Lindbladian QME推导不诉诸长期近似的Redfield方程,这并不保证完全的积极性。在这里,我们明确计算,在微扰的方式,这些Lindbladian QME的平衡稳态。我们比较的结果与稳定状态的Redfield方程从解析延拓方法,这符合所谓的平均力吉布斯(MFG)状态。MFG状态是通过对总哈密顿量的吉布斯状态的浴自由度进行积分而获得的。我们明确表明,Lindbladian QME的稳态是不同的MFG状态。我们的研究结果表明,操纵的Redfield方程需要强制执行完全积极的QME驱动器的稳定状态远离MFG状态。我们还发现,在高温区,在一定条件下,Lindbladian QME和MFG态的稳态都降低到系统哈密顿量的相同Gibbs态。
2022-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
A classification of Markovian fermionic Gaussian master equations
我们介绍了一个分类计划的开放费米子高斯动力学的发电机。我们同时沿着以下四条线划分动力学:(1)酉与非酉,(2)主动与被动,(3)状态相关与状态无关,以及(4)单模与多模。我们发现这16种动力学中只有9种是可能的。使用这个分区,我们讨论的后果强加完全积极的费米子高斯动力学。特别是,我们表明,完全积极的动力学必须要么是单一的(因此可以实现没有量子化的环境)或积极的(因此必须涉及粒子交换的环境)。
2020-01-14 quant-ph
Canonically consistent quantum master equation
提出了一类新的量子主方程,它能正确地再现开放量子系统在无限弱系统-浴槽耦合极限之外的渐近态。我们的方法是基于将知识的减少到其动态的稳定状态。校正不仅转向减少系统对一个正确的稳定状态,但也提高了动力学的准确性,从而细化的原型Born-Markov弱耦合二阶主方程。在平衡的情况下,由于存在一个封闭的形式的平均力吉布斯态的稳定状态,我们利用这种形式来校正Redfield量子主方程。使用一个完全可解的谐振子系统,我们基准我们的方法与精确的解决方案表明,我们的方法也有助于纠正长期存在的问题,积极违反,虽然没有完全的积极性。我们的方法的正则一致的量子主方程,打开了一个新的视角,在理论的开放量子系统导致一个约化的密度矩阵精确超出常用的Redfield和林德布拉德方程,同时保持相同的概念和数值的复杂性。
2022-08-01 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Kraus is King: High-order Completely Positive and Trace Preserving (CPTP) Low Rank Method for the Lindblad Master Equation
本文提出了一种面向Lindblad主方程的高阶完全正保迹(CPTP)低秩方法,利用密度矩阵低秩结构并保持完全正性与保迹性。
2025-04-30 cs.NA math.NA quant-ph
Post-Markov master equation for the dynamics of open quantum systems
对玻色浴与开放量子系统相互作用的标准马尔可夫主方程提出了一个系统的一阶修正。它扩展了马尔可夫林德布拉德主方程的更一般的情况下,非马尔可夫演化。我们的“后”马尔可夫主方程的意义和应用进行了说明与几个例子,包括阻尼二能级原子,自旋玻色子模型和量子布朗运动模型。讨论了马尔可夫近似的局限性、正性破坏和初始滑移问题。
1999-05-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Critical assessment of two-qubit post-Markovian master equations
最近提出了一个后马尔可夫主方程来描述与记忆保持环境耦合的系统的演化[A. Shabani和D. A. Lidar,Phys.Rev.A71,020101(R)(2005)]。对于受适当选择的环境条件影响的单个量子位,相应的动力学总是合理和物理的。在这里,我们将这种情况扩展到两个量子位的情况,其中只有一个受到环境影响。我们展示了如何,尽管无辜的这样一个扩展,引入第二个量子比特应该做暨grano salis,以避免后果,如相关的动力学映射的正性的破坏。这暗示了在采用现象学衍生的模型来描述马尔可夫框架之外的进化时,必须小心。
2012-03-22 quant-ph
Five Lectures On Dissipative Master Equations
1第一讲:基础1.1主方程的物理推导1.2一些简单的含义1.3稳态1.4向左作用2第二讲:L的本征值和本征向量2.1一个简单的情况第一2.2一般情况3第三讲:阻尼基的完备性3.1相空间函数3.2 L的特征向量的完备性3.3正守恒3.4 Liouville算子的Lindblad形式4第四讲:量子光学应用4.1周期驱动阻尼振荡器4.2有条件和无条件演化4.3统计算子的物理意义5第五讲:探测原子的统计5.1关联函数5.2等待时间统计5.3计数统计
2002-06-18 quant-ph
Non-Markovian weak coupling limit of quantum Brownian motion
我们推导并解析求解了谐振子布朗运动的非马尔可夫主方程,证明了对于弱的系统-储层耦合和高温,它可以被改写成谐振子与压缩热浴相互作用的主方程的形式。这种等价性保证了在时间演化过程中密度算符的正性保持不变,并允许人们在压缩环境中薛定谔猫态的动力学和量子布朗运动中环境诱导的退相干之间建立联系。
2008-12-05 quant-ph
Non-Markovian dynamics of a damped driven two-state system
我们研究了一个驱动的两态系统与结构化环境的相互作用。我们引入非马尔可夫主方程统治的系统动力学,我们推导出一般油藏谱的解析解。我们比较了两类储层谱的Bloch向量的非马尔可夫动力学:欧姆和洛伦兹储层。最后,我们得到了在有和没有久期近似的情况下完全正性的解析条件。有趣的是,完整的正性条件有一个透明的物理解释相扩散和弛豫过程的特征时间尺度。
2010-06-14 quant-ph
Exact positivity of the Wigner and P-functions of a Markovian open system
我们讨论的情况下,马尔可夫主方程的开放系统,因为它是经常发现从环境退相干。证明了量子态演化的两个定理。第一个状态,对于一个通用的初始状态,相应的维格纳函数成为严格的积极后,有限的时间已经过去了。第二个状态,也P-函数成为完全正的退相干时间后,相同的顺序。因此,密度矩阵变得可精确地分解为高斯指针状态的混合。
2002-02-05 gr-qc quant-ph
Stochastic Representation of a Class of Non-Markovian Completely Positive Evolutions
通过对经典的连续时间随机游走概念的自然推广,对开放量子系统与环境的相互作用进行建模,导出并刻画了一类解为完全正映射的非马尔可夫主方程.这些主方程的结构与随机更新过程相关联,其中每个事件包括在密度矩阵上的超算子的应用。强非指数衰减产生于选择不同的更新过程的统计量。作为例子,我们分析的随机和平均动态的简单系统,承认一个解析解。记忆效应引起的量子主方程的正性问题[S.M. Barnett和S. Stenholm,Phys.Rev.A64,033808(2001)]在此背景下得到澄清。
2018-01-30 quant-ph
Local approach to entropy production in the nonequilibrium dynamics of open quantum systems
University of Freiburg(弗赖堡大学);Institute of Physics, University of Freiburg(弗赖堡大学物理研究所);EUCOR Centre for Quantum Science and Quantum Computing, University of Freiburg(弗赖堡大学EUCOR量子科学与量子计算中心)
本文研究了开放量子系统非平衡动力学中熵产的局部方法,证明了马尔可夫动力学与熵产率正性之间的关系,并展示了非马尔可夫动力学的熵产率正性反例。
2026-03-02 quant-ph
On the quantum master equation for fermions
通过在平均场哈密顿量中加入一个弛豫项,得到了全同费米子的量子主方程。[Huang C F and Huang K N 2004 Chinese J. Phys. ${\bf 42}$ 221; Gebauer R and Car R 2004 Phys. Rev. B ${\bf 70}$ 125324]本文证明了当跃迁速率存在上界时,在该方程下正性和泡利不相容原理都保持不变。这样的方程可以推广到BCS型准粒子的模型,并减少到Markoff主方程的Lindblad形式的低密度限制的粒子或空穴。
2007-06-30 cond-mat.stat-mech quant-ph
Effective master equations for two accelerated qubits
我们重新审视的问题,涉及两个不断加速的Unruh-DeWitt检测器使用开放有效场论方法。我们研究的联合检测器状态的时间演化使用马尔可夫近似,这不同于在文献中采取的标准。我们表明,这个马尔可夫极限已经意味着完全积极的动力学演化映射,而不调用旋转波近似(RWA),在开放系统主方程的标准推导。通过明确计算域的有效性,这马尔可夫近似,我们认为,缺乏完整的积极性,在通常的微观推导源于(微妙)的事实,即Redfield方程的有效性域之外使用。我们给出了两个著名的情况下,在文献中研究,违反了有效性的马尔可夫近似:(i)“堆叠的概率”限制(当探测器的轨迹被采取在彼此之上),和(ii)大间隙加速度比。由于马尔可夫动力学与或没有RWA可以导致不同的定性预测纠缠动力学,我们的工作强调需要正确跟踪所有近似的有效性制度。
2023-01-24 gr-qc hep-th quant-ph
Stochastic jump processes for non-Markovian quantum dynamics
结果表明,非马尔可夫主方程的开放系统,这是当地的时间可以解开通过一个分段确定性的量子跳跃过程在其希尔伯特空间。我们推导出一个随机的薛定谔方程,揭示了非马尔可夫效应是如何表现在不同的实现过程之间的统计相关性。此外,我们表明,可能违反的积极性的近似主方程是密切相关的随机薛定谔方程,这可能导致重要的见解的结构表征的积极非马尔可夫运动方程的奇异性。
2009-03-25 quant-ph
Quantum-classical hybrid dynamics: coupling mechanisms and diffusive approximation
该研究将量子-经典混合态的马尔可夫主方程拆解为四种基本耦合机制,推导了不同机制下趋近扩散极限的条件,明确了保证态正定性的不同演化类及其适用场景,并用算例验证了结果。
2024-09-15 quant-ph
Structure of completely positive quantum master equations with memory kernel
半马尔可夫过程代表经典概率论中众所周知且广泛使用的一类随机过程。在这里,我们开发了一个扩展的这种类型的非马尔可夫动力学的量子制度。这种扩展被证明产生量子主方程的内存内核,允许制定明确的条件,为相应的量子动力学映射的完全积极性,从而导致重要的见解的结构表征的非马尔可夫量子动力学的开放系统。显式的例子进行了详细的分析。
2009-02-13 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Unified Gorini-Kossakowski-Lindblad-Sudarshan quantum master equation beyond the secular approximation
推导出一个弱耦合系统的量子主方程,它考虑了非长期效应,但仍然具有数学上正确的Gorini-Kossakowski-Lindblad-Sudarshan形式(特别是,它保留了密度算符的正性),并且还满足标准的热力学性质,这是开放量子系统理论中一个已知的长期存在的问题。当系统的某些能级或它们的差(玻尔频率)接近简并时,非久期项是重要的。我们提供了一个充分严格的推导,这样的方程的基础上的形式化的弱耦合极限的一般情况下。
2021-07-25 math-ph math.MP quant-ph
Accurate Lindblad-Form Master Equation for Weakly Damped Quantum Systems Across All Regimes
量子系统的现实模型必须包括与环境的耗散相互作用。对于弱阻尼系统,Lindblad形式的马尔可夫主方程由于其易处理性和效率而对这项任务是无价的。然而,这个方程只适用于系统跃迁的任何子集的频率相等(简并),或者它们的差异远大于跃迁的线宽(远失谐)。在这两个机制之外,唯一有效的描述是布洛赫-雷德菲尔德(B-R)主方程,其有效性长期以来一直存在争议,因为它不能保证密度矩阵的正性。在所有领域有效模拟弱阻尼系统的能力变得越来越重要,特别是在量子技术领域。在这里,我们解决了这个长期存在的问题。我们发现,谱密度的斜率上的条件是足以推导出Lindblad形式的主方程,是准确的所有制度。我们进一步证明,这个条件是必要的弱阻尼系统描述的B-R方程或实际上任何马尔可夫主方程。因此,我们获得了B-R方程在其整个适用范围内的替代品,该替代品准确性不低,结构更简单,完全正,允许通过有效的量子轨道方法进行模拟,并统一了以前的Lindblad主方程。我们还表明,通过精确的模拟,新的主方程可以描述系统中,缓慢变化的过渡频率相互交叉的演变过程中。在系统工程中开发的系统识别工具在我们的分析中发挥着重要作用。我们希望这些工具在涉及复杂系统的其他物理领域中证明是有用的。
2020-02-28 quant-ph
Which differential equations correspond to the Lindblad equation?
本文研究逆问题:给定有限维非齐次一阶线性常微分方程,判定其是否对应 Lindblad 方程,并给出一般解、完全正性检验及两种表示间的性质。
2023-03-07 quant-ph
Entanglement in Markovian hybrid classical-quantum theories of gravity
University of Trieste(的里雅斯特大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Trieste Section(意大利国家核物理研究所,的里雅斯特分部)
研究通过马尔可夫主方程分析经典-量子引力模型中的纠缠生成,并证明其能约束模型参数或推翻模型。
2026-02-05 gr-qc quant-ph
Completely Positive, Simple, and Possibly Highly Accurate Approximation of the Redfield Equation
在这里,我们提出了一个Lindblad主方程,近似的Redfield方程,一个众所周知的主方程来自第一原理,而不显着影响的范围内的Redfield方程的适用性。这种近似不是全尺度粗粒化,而是只截断了雷德菲尔德方程中在量子系统典型时间尺度上平均的项。这种近似的第一步是适当地重整化系统的哈密顿量,以对称化由于环境耦合引起的状态的增益和损失。在第二步中,我们将这些增益和损失的谱密度的算术平均值与几何平均值交换,从而恢复完全的正性。这种完全正的近似,GAME(几何算术主方程),是适应其时间无关,时间依赖,和Floquet形式之间。在精确可解的三能级Jaynes-Cummings模型中,我们发现近似状态的误差比求解粗粒度随机主方程得到的结果低近一个数量级.作为一个实验平台,我们使用了一个铁磁海森堡自旋链与远程偶极偶极耦合之间多达25个自旋,并研究了各种主方程之间的差异。我们发现,GAME具有最高的准确率,每计算资源。
2020-09-17 quant-ph
Master equation for non-Markovian quantum Brownian motion: The emergence of lateral coherences
理解量子系统与其环境耦合的行为是量子技术一般领域的基本兴趣。它对物理学中的基础问题也有重要的影响,如退相干过程和所谓的量子测量问题。在开放量子系统的框架下,已经有许多方法来探索马尔可夫和非马尔可夫动力学,但是随之而来的动力学的丰富性仍然没有完全理解。在本文中,我们开发了一个非马尔可夫扩展的标准Caldeira-Leggett模型的基础上,扩展的动力学约化系统在高温下的高频率截止的欧姆谱密度的环境的逆幂,并推导出一个非马尔可夫主方程的约化密度矩阵的情况下的一般潜力。在自由粒子的情况下,我们也得到了完全解析解。虽然这个解决方案的短期行为并没有从马尔可夫行为的分歧很大,在中间的时候,我们发现一个复苏的连贯性,我们称之为横向连贯性。我们确定这与相应的瞬态负熵产生率,这被理解为非马尔可夫动力学的特点。分析了约化密度矩阵的正性,并在经典极限下导出了相应的Fokker-Planck方程。
2021-10-29 quant-ph
Quantum master equations for a fast particle in a gas
本文用量子力学研究了快粒子在低密度气体中的热平衡传播。量子主方程的Redfield形式管理的约化密度矩阵的粒子是明确地从第一性原理。在某些近似下,该方程简化为线性玻尔兹曼方程。时间演化的积极性问题也讨论了通过Lindblad形式。玻恩和马尔可夫假设这些方程,以及其他近似关于浴关联函数,详细讨论。当粒子的密度矩阵在动量基中为对角矩阵时,或者当碰撞率与粒子动量无关时,这些主方程是等价的.
2022-12-18 math-ph math.MP quant-ph
A mathematical justification to apply the secular approximation to the Redfield equation
Saarland University(萨尔兰大学);Forschungszentrum Jülich(于利希研究中心);German Aerospace Center (DLR)(德国航空航天中心)
本文通过数学证明,展示了世俗近似在Redfield方程中的有效性,并通过数值比较证明其比通用Lindblad方程更准确。
2026-10-06 quant-ph
How to design quantum-jump trajectories via distinct master equation representations
每一个开放系统动力学都可以与无限多的随机图像相关联,称为unravelings,从概念和实践的角度来看,这在几种情况下都被证明是非常有用的。在这里,专注于量子跳跃解开,我们证明了存在固有的自由,在如何分配的基本主方程的随机描述的确定性和跳跃部分,这导致了一些定性不同的解开的条款。作为相关的例子,我们表明,一个固定的基础后跳状态可以选择在某些特定的条件下,或确定性的演化可以设置由一个选定的时间无关的非厄米哈密顿量,即使在存在外部驱动。我们的方法依赖于速率算子的定义,其正性为每个解都配备了一个连续测量方案,并且与一个长期已知但迄今为止尚未广泛使用的属性有关,用于对量子动力学进行分类,称为耗散性。从形式化的数学概念出发,我们的结果使我们对开放量子系统动力学有了基本的了解,并丰富了它们的数值模拟。
2022-10-09 quant-ph
Momentum coupling in non-Markovian Quantum Brownian motion
我们考虑一个非马尔可夫量子布朗运动模型,它由一个谐振子双线性耦合到一个热浴,通过其位置和动量算子。我们推导出这样一个模型的主方程,我们解决了一个通用的高斯系统状态的运动方程。然后,我们调查的欧姆和超欧姆谱密度的第一和第二时刻的演变。特别是,我们表明,无论特定形式的谱密度,与动量的耦合增强了耗散系统所经历的,加速其放松的平衡,以及修改的渐近状态的动态。最后,我们明确的非Markovianity的演变特征,使用一个一般的标准,依赖于主方程系数的积极性。
2017-07-13 quant-ph
Quantum optical versus quantum Brownian motion master-equation in terms of covariance and equilibrium properties
参考最近关于协变量子动力学半群无界生成元结构的数学工作,从完全正性、对称变换下的协变性和满足均分性等方面刻画了量子Fokker-Planck方程的结构.特别是量子光学主方程和量子布朗运动主方程分别与$\mathrm{U(1)}$和$\mathrm{R}$对称性相关联。考虑到布朗粒子的运动,其中量子福克-普朗克方程的表达式不完全由上述要求固定,最近引入的微物理动力学模型被简要回顾,其中在小能量和动量转移极限下线性玻尔兹曼方程的量子推广直接导致量子布朗运动。
2002-06-26 math-ph math.MP quant-ph
CP conditions for GKSL-like master equations
本文研究任意时间相关的类 GKSL 主方程所生成量子动力学映射的完全正性条件,涵盖时间局域积分–微分形式、CP 可分情形及弱耦合下可局域化的时间非局域与时间卷积形式。
2024-06-17 quant-ph
Limits in the characteristic function description of non-Lindblad-type open quantum systems
在本文中,我调查的可用性的特征函数的描述的开放量子系统的动力学集中在非Lindblad型主方程。作为一个例子,我考虑了一个非马尔可夫广义主方程,它包含一个记忆核,这可能导致非物理的时间演化,其特征在于密度矩阵对角元素的负值[S.M. Barnett和S. Stenholm,Phys.Rev.A { \bf 64},033808(2001)]。本文的主要结果是证明存在这样的情况,即对称序特征函数是完全定义的,而相应的密度矩阵失去正性。因此,非物理情况可能不会出现在特征函数中。因此,特征函数不能被认为是非林德布拉德动力学的{ \it替代完整}描述。
2005-09-15 quant-ph
A new non-perturbative approach to Quantum Brownian Motion
本文从Caldeira-Leggett(CL)模型出发,导出了Dekker最初纯粹从唯象基础上提出的含有额外反常扩散项的量子布朗运动方程。导出了扩散常数随温度变化的显式解析表达式。在高温下,附加动量扩散项被抑制,经典的Langivin方程可以恢复,同时满足密度矩阵(DM)的正性。在低温下,扩散常数有一个有限的正值,但在某一临界温度以下,主方程(ME)不满足Dekker提出的正性条件。
2008-09-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Dissipative dynamics of a Harmonic Oscillator : A non-perturbative approach
本文从微观理论出发,导出了谐振子与一组无相互作用振子耦合的主方程。我们遵循一个非微扰的方法,提出了我们以前的自由布朗粒子。的扩散常数进行了计算分析和积极的主方程被示出以上的临界温度举行。我们比较的平均动能和势能与已知的热力学结果的长时间行为。在系统谐振子频率消失的极限下,恢复了自由布朗粒子的结果。
2009-03-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Unconditionally stable time discretization of Lindblad master equations in infinite dimension using quantum channels
针对无限维Lindblad主方程Galerkin近似引入的刚性问题,提出并证明了一族无条件稳定的显式量子信道数值离散格式,能保持物理性质且实验验证了其有效性。
2025-03-03 cs.NA math.NA quant-ph
On open quantum systems, effective Hamiltonians and device characterization
高保真度模型支持准确的设备表征并正确考虑环境影响,对于可扩展量子技术的工程至关重要。由于它确保了密度矩阵的正性,一种用于开放系统的优选模型用Lindblad形式的主方程描述动力学。林布拉德算子很少是从第一原理推导出来的,导致动力学模型中缺少了那些通常必须加入以使主方程变成林布拉德形式的附加项,以及必须同化为有效哈密顿量的伴随其他项。在第一原理推导中,这样的附加项经常被取消(抵消),经常以特别的方式。在超导量子干涉器件(SQUID)耦合到欧姆浴的情况下,所得到的主方程意味着环境对系统的能量有显着影响。我们讨论了保持或取消这种影响的前景,并注意到,对于SQUID,测量的磁化率控制下的电容耦合强度和外部施加的通量,结果在实验上可测量的模型之间的差异。如果没有正确完成,则设备表征将容易出现系统错误。
2017-07-03 quant-ph