Pure state thermodynamics with matrix product states
我们将纯态热力学的形式主义推广到矩阵乘积态。在纯态热力学中，量子系统的有限温度性质不需要统计力学系综，而是使用随机纯态的典型性质。我们表明，这种形式主义可以从计算的角度来看，结合张量网络算法是有用的。特别是，最近推出的Monte Carlo算法被认为是随机抽样矩阵产品状态的有限温度观测值的估计。在这里，我们的特点是该算法作为一个$(ε, δ)$ -近似计划，我们分析表明，采样一个单一的状态是足够的，以获得一个很好的估计有限的温度期望值。这些结果为基于均匀分布纯态的一维量子系统的类似算法提供了实质性的计算改进。分析计算的数值支持模拟有限温度相互作用的自旋系统的大小高达100量子比特。
2013-09-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
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
Pure dephasing of magnonic quantum states
对于最近提出和证明的一系列非经典磁振子态，除了磁振子寿命之外，一个新的时间尺度--磁振子退相时间--变得很重要，但这个时间尺度很少被研究。考虑到交换作用和自旋-声子耦合，我们计算了纯磁振子退相时间，发现在几个开尔文温度下，它小于磁振子寿命。通过研究一个磁振子猫态作为一个例子，我们展示了如何纯粹的磁振子失相破坏和限制量子叠加的生存。因此，在纯退相时间内执行量子操作将是至关重要的。我们进一步推导出主方程的密度矩阵描述这样的磁振子量子态考虑到纯退相的作用，其方法可以推广到包括额外的退相通道，实验可能会遇到在未来。我们的研究结果使人们能够设计和操纵强大的量子态的磁振子的信息处理。
2022-01-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hawking-Page phase transition for pure Lovelock black holes
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；Pondicherry University（本地治里大学）
研究纯Lovelock引力中静态球对称AdS黑洞的热力学性质，发现最小温度与HP相变温度的关系受维度和阶数修正，且归一化Ruppeiner标量曲率在HP相变处为仅依赖时空维度的普适常数。
2026-10-05 gr-qc hep-th quant-ph
Non-Markovian finite-temperature two-time correlation functions of system operators of a pure-dephasing model
我们用两种不同的方法计算了纯退相自旋玻色子模型中系统算符的非马尔可夫有限温度两次关联函数，一种是直接精确算符技术，另一种是最近导出的演化方程，它在系统-环境相互作用哈密顿量中适用于二阶.这种完全可解的纯退相自旋玻色子模型作为一种简单的退相干模型得到了广泛的研究。然而，其确切的非马尔可夫有限温度两时间系统的运营商CF的，据我们所知，还没有在文献中提出。这可能主要是由于这一事实，在这篇文章中所示，与马尔可夫的情况下，单独的约化密度矩阵（或约化量子主方程）的时间演化是不足以计算非马尔可夫开放系统的两时间系统算符CF的。在弱系统-环境耦合的情况下，使用最近导出的演化方程得到的非马尔可夫纯退相模型的两次CF的恰好是相同的，从精确的评估。然而，这些结果显着不同的非马尔可夫两次CF的错误地直接应用量子回归定理（QRT），一个有用的程序来计算两次CF的弱耦合马尔可夫开放系统。这清楚地表明，最近导出的演化方程正确地推广QRT的非马尔可夫有限温度的情况下。人们相信，这些演化方程将在物理学的许多不同分支中得到应用。
2010-07-22 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph 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
Determination of Low Loss in Isotopically Pure Single Crystal $^{28}$Si at Low Temperatures and Single Microwave Photon Energy
在20 mK的温度和相当于单光子的功率下测定了各向同性纯单晶$^{28}$ Si样品的低介电损耗。回音壁模式（WGM）分析显示在高功率下$2\times10^6$（介电损耗$\sim 5\times10^{-7}$）阶的大品质因数，在单光子能量下退化为$7\times10^5$（介电损耗$\sim 1.4\times10^{-6}$）。在$^{28}$ Si中以极高的灵敏度检测到非常低损耗的窄线宽顺磁自旋翻转跃迁，其中非常小的浓度低于$10^{11}$ ~cm $^{-3}$（小于万亿分之10）和$1.995\pm0.008$的g因子。这样的确定是唯一可能的，由于低介电光子损耗结合自旋跃迁的长寿命（低磁损耗），这提高了磁AC磁化率。在单光子能量下的这种低光子损耗与自旋系综的窄线宽相结合，表明单晶$^{28}$ Si可能是未来腔QED实验的重要晶体。
2016-09-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Incomplete pure dephasing of N-qubit entangled W states
我们考虑耦合到玻色子场的线性排列中的量子比特，玻色子场充当量子热浴并引起退相干。通过明确考虑量子位的空间分离，简化的量子位动力学获得了额外的非马尔可夫元素。我们研究了纠缠多比特W态的时间演化，在纯退相下，对于消失的量子比特分离，W态仍然是鲁棒的。相反，对于有限分离，动力学不再是无消相干的。另一方面，空间噪声相关性可防止完全失相。虽然一个标准的布洛赫-雷德菲尔德主方程无法描述这种行为，甚至定性，我们提出了一个广泛适用的因果主方程。在这里，我们采用它来识别和特征消相干穷人的子空间。讨论了量子纠错的结果。
2007-06-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cooling dynamics of pure and random Ising chains
研究了纯伊辛链和无规伊辛链的猝灭温度动力学。利用Kibble-Zurek论证，我们得到了纯伊辛模型在大τ时，淬火后的扭结密度随温度的淬火速率1/τ以1/ \sqrt τ的形式衰减.对于随机伊辛模型，我们证明了当τ较大时，扭结密度和剩余能量的衰减率分别为1/ \ln τ和1/（\ln τ）^2.随机伊辛模型的分析结果得到了蒙特卡罗模拟的证实。我们的研究结果揭示了一个明显的区别经典和量子猝灭的随机伊辛链。
2009-06-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermalisation by a boson bath in a pure state
我们考虑一个与谐振子热浴弱耦合的量子系统。众所周知，这种玻色子浴最初在热平衡时使系统热化。我们表明，假设先验的平衡态是没有必要获得系统的热化。我们确定了完整的薛定谔时间演化的子系统的兴趣的初始纯产品状态的复合系统所考虑的系统和浴。我们发现，该系统松弛到正则平衡，几乎所有的初始纯浴态的宏观定义的能量。系统渐近热态的温度由初始浴态的能量确定为相应的微正则温度。此外，该系统的时间演化与假设玻色子浴最初在该温度下处于热平衡时获得的时间演化相同。我们的方法的一个重要组成部分是适用于其他浴，我们确定的浴功能，这是必要的热化研究。
2008-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Toward Exploring Phase Diagrams of Gauge Theories on Quantum Computers with Thermal Pure Quantum States
针对经典Monte-Carlo方法求解格点量子色动力学时存在的符号问题，提出了一种非零密度下有限温度格点规范理论的量子计算方法.基于统计力学的热纯量子态形式主义，当扩展到规范理论系统时，我们的方法允许无符号问题的热期望值和非等时间关联函数的量子计算。通过采取一个简单的格点规范理论，经典的基准是可能的，即$\mathbb{Z}_2$格点规范理论在1+1维有限的化学势，我们讨论的资源需求和鲁棒性的算法和硬件缺陷的近期量子硬件实现。
2022-12-21 hep-lat hep-ph quant-ph
Quantum algorithm for the microcanonical Thermal Pure Quantum method
本文提出一种融合量子奇异值变换技术的微正则 TPQ 量子算法，可在已知精确基态能量时高效实现哈密顿量多次乘积并系统构造低温 TPQ 态。
2022-09-22 quant-ph
Joule expansion of a pure many-body state
本文从量子力学的基本原理出发，导出了孤立理想气体的焦耳膨胀。与大多数考虑复合系统的不可逆过程的研究相反，气体多体希尔伯特空间不能分解为对应于感兴趣和被忽略的自由度的希尔伯特空间。此外，对于纯态，获得了气体膨胀到整个可达体积中。粒子数密度仍然由化学势和温度表征。我们讨论玻色气体低于玻色凝聚温度的特殊情况。
2008-03-17 cond-mat.other quant-ph
Adiabatic theorem for closed quantum systems initialized at finite temperature
当一个受驱动的量子系统的状态接近于其含时哈密顿量的瞬时本征态时，该系统的演化被称为绝热的。著名的量子绝热定理保证了这种纯态绝热性可以以任意精度保持，只要选择足够小的驱动速率。在这里，我们将量子绝热性的概念扩展到最初在有限温度下制备的封闭量子系统。在这种情况下，绝热性意味着系统的（混合）状态在哈密顿量的瞬时本征态的基础上保持接近准吉布斯状态对角。我们证明了有限温度绝热性的一个充分条件。值得注意的是，这意味着有限温度绝热性比纯态绝热性更稳健，特别是在多体系统中。我们提出了一个多体系统的例子，在热力学极限，有限温度绝热性保持，而纯态绝热性打破。
2020-11-26 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Entanglement generation between a charge qubit and its bosonic environment during pure dephasing - dependence on environment size
我们研究了电荷量子比特和玻色子浴之间由于它们的联合演化而产生的纠缠，这导致了量子比特的纯退相。我们调整的相互作用的参数，使退相干是定量独立的玻色子模式的数量考虑和调查，如何产生的纠缠依赖于环境的大小。感兴趣的第二个参数是由温度控制的环境的初始状态的混合度。我们分析表明，对于一个纯的初始状态的环境，纠缠不依赖于环境的大小。对于混合初态的环境，产生的纠缠随着环境尺寸的增大而减小。这种效应在较大的温度下更强，当环境最初更加混合时，但在无限大环境的限制下，在任何有限温度下都不会产生纠缠。
2017-09-02 quant-ph
Efficient simulation of finite-temperature open quantum systems
与含时密度矩阵重整化群相结合的链映射技术是模拟开放系统量子动力学的有力工具。然而，对于有限温度的环境，这种方法遭受不利的算法缩放随着温度的增加。我们证明了热环境下的系统动力学可以用温度相关的系统-环境耦合来非微扰地描述，其中初始环境状态是纯真空状态，而不是混合热状态。因此，只要初始系统状态是纯的，全局系统-环境状态始终保持纯。由此产生的加速和宽松的内存要求，这种方法使有效的模拟开放量子系统在任何温度范围内与高度结构化的环境相互作用，从量子热力学的应用扩展到介观系统中的量子效应。
2019-08-30 quant-ph
Voronoi Diagrams for Pure 1-qubit Quantum States
1-量子位量子态形成一个称为三维布洛赫球的空间。为了计算Holevo容量，Bloch球中关于量子发散的Voronoi图被用作一个强有力的工具。这些图基本上处理对应于布洛赫球内部点的混合量子态。由于量子发散中对数的存在，这些图不是定义在二维球上点对应的纯量子态上。本文首先利用Fubini-Study距离和Bures距离定义了Bloch球上纯量子态的Voronoi图。我们还介绍了利用Bloch球中的量子发散对混合量子态的Voronoi图取一个极限而得到的球上的其他Voronoi图。这些图被证明是等价于普通的Voronoi图的领域。
2006-04-14 quant-ph
Entanglement in pure and thermal cluster states
我们提出了一个最接近的可分离状态的集群状态。我们首先考虑线性簇链，并将我们的方法扩展到可以用作量子计算中的通用资源的簇状态。我们再现已知的结果，纯集群状态，并显示我们的方法可以用来量化纠缠在嘈杂的集群状态。我们的方法给出了操作意义，它清楚地演示了在纯态的情况下，如何从两个量子比特簇构造这些最接近的可分离态。我们还讨论了发现的临界温度的问题，在该温度下的集群状态成为唯一的经典相关性和我们的方法的重要性，这个温度。
2009-11-03 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
On the existence of physical transformations between sets of quantum states
令A = {rho_1，.，rho_n}是给定的一组量子态。我们考虑在另一个集合B = {sigma_1，...，sigma_n}，其保证对于所有i都存在取rho_i到sigma_i的物理变换。当两个集合都包含纯态时，乌尔曼给出了一个优雅的条件。我们给出了这个条件的一个简单的证明，并得出了一些结论。然后，我们考虑多个概率之间的转换集的纯状态，从而导致的条件之间的可变换性问题的A和B时，一组是纯的，其他是任意的。
2003-07-30 quant-ph
Natural criteria of quantum correlations of two coupled oscillators interacting with baths
本文研究了复杂开放系统子系统的量子关联和色散的描述问题。基于我们以前的结果，我们提出了一种方法来评估两个耦合振子与热库相互作用的总统计特性的纯量子贡献。提取所研究系统的纯量子特征的自然方法是计算总值与其纯经典部分之间的差异。利用所提出的方法，数值研究了从给定的初始态到无限时间极限内的态的量子方差和协方差的时间行为。结果表明，在相对较高的温度下，稳态总方差几乎是经典的，因为它们的纯量子部分趋于零，在这个政权。否则，在相对较低的温度下，方差的纯量子部分在稳定状态下不归零，表现出对总值的有限贡献。协方差也是如此。温度越大，量子对总协方差的贡献就越小。与纠缠度量、量子不和谐、协方差矩阵元素中的纯量子贡献一样，复杂量子系统的时间动力学也是重要的特征。
2016-01-24 quant-ph
Temperature-dependent remote control of polarization and coherence intensity with pure sender's initial state
研究了具有单量子比特发送器和接收器的自旋1/2长链中一阶相干态的偏振态和强度的远程产生。因此，我们使用一个物理激励的初始条件与发送者的纯状态和其他节点的物理平衡态。可创建区域的主要部分是初始状态（控制）参数的一对一映射，除了由控制参数覆盖两次的小的子区域，其由于所选择的初始状态而出现。在态的产生过程中，偏振态和相干态的强度表现不同。特别是，相干强度不能达到任何显着的值，除非在长链中的偏振很大（不像短链），但反之亦然。相干强度随链长的增加而消失，而偏振（绝对值）对该参数不敏感。我们给出了可产生的偏振和相干强度的几个特征，并描述了它们与初态参数的关系。给出了接收器状态空间的特征值-特征向量参数化的链接。
2016-03-03 quant-ph
Effective Pure States for Bulk Quantum Computation
在体量子计算中，人们可以通过并行幺正操作来操纵大量不可区分的量子计算机，并以有限的灵敏度测量某些可观测量的期望值。系综中每台计算机的初始状态是已知的，但不是纯的。对于利用核磁共振进行量子计算的情况，Gershenfeld和Chuang（逻辑标记）以及Cory等人（空间平均）已经描述了通过一系列操作获得有效纯输入态的方法。我们给出了一种不同的技术，称为时间平均。该方法基于经典随机化原理，不需要辅助量子比特，并且可以在不使用梯度场的核磁共振中实现。我们介绍了几种适用于高温和低温体量子计算的时间平均算法，并分析了每种算法的信噪比行为。
1997-06-24 quant-ph
Preparing pseudo-pure states with controlled-transfer gates
赝纯态的制备在高温系综系统（如核磁共振）量子信息处理的实现中起着核心作用。在这里，我们描述了一个简单的方法，基于受控传输门，允许伪纯态准备有效地使用空间平均技术。
2010-08-31 quant-ph
Coherent control in a semiconductor optical amplifier operating at room temperature
我们演示了拉姆齐类似的实验称为相干控制，发生在电驱动的半导体光放大器在室温下工作。
2014-05-20 physics.optics quant-ph
