Generalized Kraus operators for the one-qubit depolarizing quantum channel
“开放系统+环境”复合系统的微观哈密顿模型通常不提供开放系统的动力学映射的算子和Kraus形式。利用最近提出的方法[16],我们从单量子比特去极化通道的微观哈密顿模型出发,即从适当的主方程出发,导出了Kraus算符。这些Kraus算子推广了文献中广泛使用的标准Kraus算子.通过研究Bloch球体积、熵产生和开放系统态迹距离的动态变化,比较了标准Kraus算符和本文得到的Kraus算符。我们发现标准去极化通道比广义去极化通道更加恶化。
2017-04-18 quant-ph
A tutorial introduction to quantum stochastic master equations based on the qubit/photon system
从由具有共振或色散相互作用的二能级系统(量子比特)和谐振子(光子)组成的关键复合量子系统,当测量量子比特或光子时,可以导出相应的量子随机主方程(SME)。从一个基本的离散时间公式的基础上明确的公式的相互作用传播,显示了如何包括测量缺陷和退相干。这个量子比特/光子量子系统说明了一般离散时间SME的Kraus映射结构,该结构支配受环境诱导的测量反作用和退相干的开放量子系统的动力学。然后,在量子比特/光子系统上,人们解释了到连续时间数学模型的过渡,其中测量信号是连续的实值信号(通常是零差或外差信号)或从计数器获得的不连续和整数值信号。在此推导过程中,克劳斯映射公式以无穷小的方式保留。这样的推导也提供了一个等价的克劳斯映射制定的连续时间SME通常表示为随机微分方程驱动的维纳或泊松过程。从这样的克劳斯映射公式,简单的线性数值积分计划,保持积极性和跟踪的密度算子,即量子态。
2022-09-09 math.OC quant-ph
New solution to quantum master equation for diffusion
在描述扩散的主方程的Kraus形式解的基础上,利用算子序积内积分的方法,得到了一个积分形式解,即,扩散通道中密度算子的演化规律可以看作是从输入到输出的积分变换。该方法为获得扩散过程的时间演化规律带来了方便。
2015-11-16 quant-ph
Completely positive trace-preserving maps for higher-order unraveling of Lindblad master equations
针对连续测量记录处理中时间分辨率有限导致的数值误差问题,提出满足有效量子演化条件、Δt二阶精度匹配Lindblad主方程的Kraus算子,经量子比特测量案例验证其迹距离更小,性能优于现有方法。
2024-08-26 quant-ph
The Kraus representation for the dynamics of open quantum systems
在描述量子系统的时间演化时,考虑量子系统与其环境的相互作用的必要性和实用性已经在物理学和其他科学的几个分支中得到了认可。克劳斯表示法是一种通用而简洁的方法,可以在广泛的相关物理场景中描述这种开放系统动力学。在这篇文章中,通过放弃量子操作的形式主义的一般性,并与此避免其相关的复杂性,我们以一种简单的方式展示了我们如何可以获得克劳斯表示基本上使用封闭系统(系统加环境)酉动力学和部分迹函数。以二能级原子与电磁场真空相互作用为例,对该方法进行了实例化,并将其应用于原子量子相干性的时间演化研究.
2016-05-11 quant-ph
Derivation of the quantum-optical master equation based on coarse-graining of time
这是一个使用时间粗粒化的量子光学主方程的推导,它为几十年前的技术带来了新的见解。我的推导与使用量子随机方法或Kraus算子的推导非常相似,尽管我没有明确引用任何这些概念,所以它可能更容易作为介绍。我还解决了主方程的几乎所有微观推导的主要陷阱,即它们假设系统的状态和浴因式分解的所有时间。我展示了为什么这个假设实际上对自发发射成立,并且碰巧被证明是正确的。
2018-02-05 physics.atom-ph quant-ph
Non-Maximally Entangled States for Quantum Key Distribution in Underwater Channels: BBM92 Protocol via Kraus Operators
Lab-STICC, UMR CNRS 6285, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris(Lab-STICC,法国国家科学研究中心联合研究实验室第6285号,巴黎理工学院)
针对水下信道吸收和散射对量子通信的影响,本文利用Kraus算符建模水下信道,研究基于非最大纠缠态的BBM92协议,推导了量子比特误码率和密钥率的解析表达式,并在不同水质条件下验证了协议性能。
2026-05-22 quant-ph
Exact closed master equation for Gaussian non-Markovian dynamics
非马尔可夫主方程描述了一般的开放量子系统,当没有近似。我们提供了确切的封闭的主方程类高斯,完全积极的,保迹,非马尔可夫动力学。这个非常普遍的结果允许研究各种各样的物理系统。我们证明了非马尔可夫量子布朗运动的主方程是我们一般结果的一个特例。此外,我们还导出了非马尔可夫耗散随机薛定谔方程解的主方程,为分析耗散非马尔可夫崩溃模型奠定了基础。
2016-03-23 quant-ph
The quantum non-Markovianity for a special class of generalized Weyl channel
针对一类Kraus算符与Weyl对角矩阵成比例的广义Weyl信道,本文借助Choi矩阵、CP可分性、可区分性及HCLA与BLP测度分析并量化其非马尔可夫性。
2025-03-13 quant-ph
Closed form solution of Lindblad master equations without gain
给出了一类描述开放量子系统的主方程本征值问题的封闭形式解。该方法依赖于在哈密顿部分中存在保守的激发数,并且没有Lindblad算子描述系统的激发。在没有失相Lindblad算子的情况下,Liouville算子的本征系统可以从量子跳跃方法中使用的有效非厄米哈密顿量的本征值和本征向量构造。用这种方法可以求解自旋链的开放形式、Tavis-Cummings模型和无增益耦合谐振子。
2014-05-30 quant-ph
Introduction to dissipation and decoherence in quantum systems
这些课堂讲稿针对的是那些第一次接触过量子力学课程的物理学家或数学家。我们首先简要讨论了一般的“系统浴”的量子耗散系统的范例,在一些详细的分析“纯退相”的一个两能级系统的最简单的例子,并审查的基本概念的密度矩阵。然后,我们对待一般的耗散时间演化,引入完全正的地图,它们的纠缠理论的关系,和它们的克劳斯分解。限制自己的马尔可夫进化,我们讨论的Lindblad形式的主方程。笔记的结论是概述了当前感兴趣的主题,超越了林德布拉德马尔可夫主方程。(这些笔记是为F. Marquardt于2007年10月在SFB/TR 12的Langeoog研讨会上,“介观系统中的对称性和普遍性”)
2008-09-25 quant-ph
Revisiting the quantum open system dynamics of central spin model
在这篇文章中,我们从费米子浴的角度重新审视了开放量子系统的理论。具体来说,我们集中在一个中心的自旋半粒子与自旋浴相互作用的动力学。我们计算了中心自旋的精确约化动力学,并构造了与之相关的克劳斯算符。进一步构造了对应于约化动力学的Lindblad型正则主方程。我们还从中心自旋的简化动力学的背景简要地谈到了非马尔可夫性的方面。
2021-09-13 quant-ph
Dynamics of quantum entanglement in the reservoir with memory effects
利用Shabani-Lidar主方程研究了当一个纠缠的量子系统耦合到具有记忆效应的局域库时,量子纠缠的非马尔可夫动力学.在Kraus表示中可以构造出完全正的约化动力学映射。量子纠缠在非马尔可夫环境中衰减得更慢。改变记忆核可以显著增加量子纠缠的退相干时间。发现量子系统之间的纠缠突然死亡和系统与库之间的纠缠突然诞生发生在不同的时刻。
2012-08-08 quant-ph
Many unstable particles from an open quantum systems perspective
我们假设一个主方程,写在语言中的创建和湮灭运营商,作为一个候选人明确的量子力学描述的不稳定粒子。我们找到了这个主方程驱动的演化的Kraus表示,并研究了它的性质。给出了系统演化的薛定谔和海森堡图象。我们表明,由此产生的时间演化导致指数衰减规律。此外,我们分析了颗粒香料的混合,我们表明,它可以导致风味振荡现象。
2015-05-22 math-ph math.MP quant-ph
Exact master equation for a spin interacting with a spin bath: Non-Markovianity and negative entropy production rate
本文导出了中心自旋与完全非极化自旋海均匀相互作用的Lindblad形式的正则主方程。动力学映射的Kraus算子也被导出。从动力学映射的可分性破缺和量子态迹距保真度的增加两个方面说明了动力学的非马尔可夫性。此外,它是观察到的不可逆熵产生率总是负的(对于一个固定的初始状态),只要动力学表现出非马尔可夫行为。在继续与见证非马尔可夫性的研究,它表明,正的中心量子比特的纯度的变化率是一个非马尔可夫信息回流的忠实指标。给出了测量量子态纯度的实验可行性,讨论了实验证明非马尔可夫性和负不可逆熵产生率的可能性。这使得目前的工作具有相当的实际意义,检测非马尔可夫性和负不可逆熵产生率。
2016-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Explicit closed-form propagators for time-dependent gain-loss master equations
King’s College London(伦敦国王学院)
本文针对含时增益-损耗主方程,提出一种显式闭式传播子分解方法,直接确定系数,无需解非线性微分方程组,并应用于玻色子码的动力学评估。
2026-09-22 quant-ph
Average quantum dynamics of closed systems over stochastic Hamiltonians
我们发展了一个主方程来描述随机哈密顿驱动下封闭量子系统的平均密度矩阵的演化。在封闭系统动力学中,除了通常的幺正演化之外,随机过程的平均通常会导致退相干效应。然后,我们表明,对于一类重要的问题,其中的哈密顿量是成比例的高斯随机过程,二阶主方程产生确切的动态。应用该方法研究了两能级系统、随机磁场中的两原子和囚禁离子的加热问题。
2011-11-29 quant-ph
Class of exact memory-kernel master equations
一种公知的情况是,当开放量子系统$S$相干耦合到与马尔可夫浴接触的辅助系统$M$时,出现开放量子系统的非马尔可夫动力学。在这种情况下,虽然$S$ - $M$的联合动力学是马尔可夫的,并且服从标准的(二分的)Lindblad型主方程(ME),但对于$S$的约化动力学,这通常不是真的。此外,有几个例子(\eg耗散Jaynes-Cummings模型),其中一个{ \it关闭} ME为$S$的状态{ \it}甚至不能工作。在这里,我们发现了一类二分Lindblad型ME,使得$S$的约化ME可以精确地导出,并且对于$S$ - $M$的任何初始乘积状态都是封闭形式。我们提供了详细的微观推导我们的结果在两个碰撞模型之间的映射
2016-05-24 quant-ph
State Preparation Protocols for Entangled States via Open Quantum Walks
Universidade Federal de Pernambuco(巴西联邦伯南布哥大学)
本研究基于开放量子行走(OQW)结构,构建了可制备Dicke态、GHZ态等纠缠态的协议,推导了环形OQW的谱隙闭式近似,分析了非尖锐测量的影响,并证明量子轨迹方法可嵌入OQW框架。
2026-08-11 quant-ph
Coherent Phase Control in Closed and Open Quantum Systems: A General Master Equation Approach
通过主方程方法揭示了单光子相位控制的潜在机制。具体而言,确定了两种机制,一种在激光时间尺度上操作,另一种在系统-浴相互作用的时间尺度上操作。的长期和非长期的马尔可夫近似的效果进行了仔细检查。
2013-08-13 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Phase-preserving steady-state operations beyond Lindblad master equations
University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学)
本文提出利用扩展希尔伯特空间子系统的稳态实现量子操作,通过谱准则实现稳态,并引入新的耗散操作机制,突破传统李布兰德方程的限制。
2026-10-19 quant-ph
Closed-Form Expectation Values of the Damped Kerr Oscillator
Princeton University(普林斯顿大学)
该研究针对相干态下的阻尼克尔振荡器,从林德布拉德主方程精确解出发,推导出期望值的闭合形式表达式,无需数值积分和福克空间截断,经模拟验证,此解为数值模拟提供有效替代,还指出李代数结构扩展或助于求解更广泛的开放量子光学系统。
2026-07-29 quant-ph
Monitored chaotic scattering
Instituut-Lorentz, Universiteit Leiden(莱顿大学洛伦兹研究所);University of Warsaw(华沙大学)
将混沌散射的随机矩阵理论扩展到通过时间分辨测量监控其动力学的量子点,通过构造Kraus算子系综并推导离散时间量子主方程,研究电荷转移统计并与随机矩阵预测比较。
2026-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Derivation of exact master equation with stochastic description: Dissipative harmonic oscillator
本文在随机描述的框架下,给出了一个系统地推导耗散系统主方程的方法。对于谐振子池的Caldeira-Leggett模型,给出了池诱导随机场的详细初等推导。系统的动力学过程完全由随机微分方程描述,所需的主方程可以通过统计平均得到。结果表明,封闭形式的主方程的存在性取决于系统的特异性以及由谱密度函数表征的耗散特性。对于耗散谐振子,可以观察到浴流随机场与系统之间的相关性可以解耦,主方程自然产生。这样的方程具有Lindblad形式,其中时间相关系数由一组积分方程确定。基于路径积分技术,证明了所得到的主方程与著名的Hu-Paz-Zhang方程是等价的。该方法也被用来获得含时场中耗散谐振子的主方程。
2011-10-22 quant-ph
Density-operator evolution: Complete positivity and the Keldysh real-time expansion
将量子信息理论与统计场论相结合,研究了开放量子系统的约化时间演化。受先前工作的启发[EPL 102,60001(2013)和Phys. Rev. Lett. 111,050402(2013)],我们建立了显式结构,保证了微观系统-环境耦合方面的实时演化扩展的完全正性(CP)和痕迹保存(TP)。这揭示了耦合扩展的基本两阶段结构:第一阶段定义了系统的耗散时间尺度-在完全整合环境之前-第二阶段总结了CP超算子描述的基本物理过程。这使我们能够建立非平凡的(Nakajima-Zwanzig)的记忆核超算子的密度算子和新的记忆核算子,生成的克劳斯运营商的运营商和之间的关系。重要的是,这种操作方法可以在现有的Keldysh实时技术中实现,并允许对一般时间非定域量子主方程进行系统地比较和开发,同时保持CP和TP结构的显式。我们的考虑是建立在这样的结果上,即克劳斯操作员的物理测量过程中的环境可以通过“切割”一组Keldysh实时图“一半”。这自然会导致克劳斯运营商提升到系统加上环境中有一个图形的扩展时间非本地内存内核运营商。这些提升的Kraus算子服从耦合的时间演化方程,该方程构成了系统加环境的原始薛定谔方程的解。而这两个方程导致相同的减少动态,只有前者明确编码的运营商和结构的耦合扩展。
2019-07-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Master equation for collective spontaneous emission with quantized atomic motion
我们导出了一个包含与原子运动量子化有关的所有效应的二能级原子系综内部动力学的马尔可夫主方程。我们的方程提供了一个统一的图片的后果反冲和不可分割的原子超出了兰姆-迪克制度的耗散和保守的动力学,并同样适用于可区分和不可区分的原子。我们给出了任何运动态的衰变率和偶极-偶极位移的一般表达式,并找到了许多相关态(高斯态、福克态和热态)的封闭形式公式。特别是,我们表明,偶极-偶极相互作用和合作的光子发射可以调制通过外部状态的运动。
2015-12-24 quant-ph
Smoking-gun signatures of non-Markovianity of a superconducting qubit
本文研究了超导transmon量子比特闲置演化的时间相关噪声,利用量子电路理论构建了时间局域主方程,揭示了相干性周期性恢复和额外频率等非马尔可夫特征。
2023-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Adjoint master equation for multi-time correlators
本文推导了适用于非时间有序关联函数的多时间关联函数的伴随主方程,该方程可从全局或局域方法导出,且自洽,在特定时间排序下与量子回归定理一致。
2023-10-13 quant-ph
Symmetry and Liouville Space Formulation of Decoherence-Free Subsystems
本文基于对称性提出通用无消相干编码方案,通过刘维尔空间分解和张量积结构识别无消相干子系统,并利用Schur-Weyl对偶性与超Schur基实现噪声信道的块对角化,从而在弱对称性条件下系统化构造无消相干子系统。
2025-07-21 quant-ph
Solutions to Master Equations of Quantum Brownian Motion in a General Environment with External Force
我们重新审视了一个系统的模型,该系统由一个布朗量子振子在外部经典力的影响下,线性耦合到一个由许多量子振子组成的环境中,在零温度或有限温度。我们证明了较早导出的约化密度矩阵的HPZ主方程[B.L. Hu,J.P. Paz,Y. Zhang,Phys.Rev.D45,2843(1992)],其系数从积分-微分方程的解获得,可以对任意温度和耦合强度下的相当一般的一类环境谱密度采取封闭的函数形式。作为这些新结果的一个例子,我们解决了相应的主方程和计算,在其他物理量,不确定性函数的后期行为可以得到充分。这就产生了一个用于研究标准量子极限的公式,该公式对于解决宏观量子现象中的许多理论问题和与低温精密测量相关的实验问题至关重要。我们发现,任何初始状态总是稳定下来的高斯密度矩阵的协方差是由热库和其平均值是由外力决定。对于更一般的频谱,我们表明,主方程的解决方案可以减少到解决一个经典的参数振荡器的运动与参数频率确定的未解决的主方程系数。在这些系统中的国家经历的演变是参数类似的简单的演变明确确定的情况下,劳伦特系列光谱。
2007-05-18 quant-ph
On the emergence of quantum mechanics from stochastic processes
本文探讨了随机过程与量子力学之间的对应关系,通过提升随机核到B(H)上的映射,建立了与CPTP映射的字典,并提出了CK可分性作为关键约束,推导出主方程形式,并解释了相位信息的记忆效应。
2026-10-20 quant-ph
Strongly coupled quantum Otto cycle with single qubit bath
我们讨论了一个封闭的两个量子比特的量子演化模型,其中联合哈密顿量是这样选择的,其中一个量子比特作为浴和热化的另一个量子比特作为系统。导出了系统的精确主方程。有趣的是,对于特定的参数选择,主方程采用具有常系数的Gorini-Kossakowski-Lindblad-Sudarshan(GKLS)形式,表示单个量子比特系统的泵浦和阻尼。在此基础上,我们构造了一个连接到单个量子位浴的奥托循环,并研究了它的热力学性质。我们的分析超越了传统的弱耦合的情况下,并说明了有限浴,包括非马尔可夫性的影响。我们发现封闭形式的表达式的效率(性能系数),功率(冷却功率)的热机制度(制冷机制度)的联合哈密顿量的不同修改。
2022-06-29 quant-ph
Deterministic submanifolds and analytic solution of the stochastic differential master equation describing a qubit
本文研究了受哈密顿演化影响的二能级量子系统的随机微分方程,以及非监控和监控退相干通道。后者意味着随机演化的量子态(密度算子),其相关的概率分布,我们的特点。我们首先表明,对于两组典型的实验设置,对应于弱量子非爆破测量或弱荧光测量,量子比特的三个布洛赫坐标仍然局限于布洛赫球内的确定性不断变化的表面或曲线。我们明确地解决了确定性的演变,我们提供了一个封闭形式的表达式的概率分布在这个表面或曲线。然后,我们将这种确定性演化子流形的存在性与控制理论中的可达性问题联系起来,这可以用一个明确的代数准则来回答。这使我们能够证明,对于一个量子比特,上述两组弱测量基本上是唯一具有确定性表面或曲线的测量。
2016-07-08 quant-ph
Correlation in superradiance: A closed-form approach to cooperative effects
我们发展了一种新的方法来描述超辐射和相关的合作和集体效应的封闭形式。利用这种方法,我们得到了一个两原子主方程,其中任何复杂的原子能级,半经典耦合场和量子涨落的字段可以包括,至少在原则上。作为一个例子,我们考虑一个初始倒置的两级系统的动力学,并显示如何即使在一个简单的系统现象,如初始辐射爆发或扩大由于偶极-偶极相互作用发生,但它也是可能的,以估计人口的subradiant状态在辐射衰减。最后,我们发现只有关联,而不是纠缠是负责超辐射。
2005-09-26 quant-ph
Exact solution of the Hu-Paz-Zhang master equation
Hu-Paz-Zhang方程是耦合到线性被动浴的振荡器的主方程。在假设振荡器和浴最初是不耦合的情况下,这是准确的。在这里,一个精确的一般解决方案是在时间t的维格纳函数在初始维格纳函数的表达式的形式获得。将所得结果应用于高斯波包的运动和一对这样的波包的运动。一个严重的分歧所产生的假设的初始非耦合状态被发现是由于零点振荡的浴,并没有删除在一个截止模型。因此,方程的有价值的结果只能在高温极限下得到,其中零点振荡被忽略。在此基础上,得到了相干性的波包扩展和衰减的极限封闭表达式。这些结果与文献中出现的结果在数值因子内一致,文献中出现的结果适用于在零温度下突然耦合到高温浴的颗粒的情况。另一方面,对于粒子的初始温度与熔池的初始温度一致的物理一致的情况,得到了非常不同的结果。
2003-01-13 quant-ph
Fermionic duality: General symmetry of open systems with strong dissipation and memory
本文研究了一类既有强相互作用又有宽带库强耦合的费米子开放量子系统的精确时间演化。我们提出了一个非平凡的费米子的状态(薛定谔)和观测量(海森堡)的演化之间的对偶关系。我们展示了如何在量子动力学的所有规范方法中理解和利用这种高度非直观的关系进行分析计算,包括Kraus测量算子,Choi-Jamiovskowski状态,时间卷积和无卷积量子主方程以及广义Lindblad跳跃算子。我们讨论的见解,这提供了动力学的可分性和因果结构和应用非微扰马尔可夫近似及其初始滑移修正。我们的研究结果强调,费米模型的预测已经固定的基本原则,在更大程度上比以前认为的。
2021-06-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Density matrices in quantum field theory: Non-Markovianity, path integrals and master equations
本文基于热场动力学与Schwinger-Keldysh形式,推导封闭和开放标量量子场论中密度矩阵元的路径积分表达式,证明封闭系统动力学映射可分而开放系统不可分,并由此得到不含人为时间积分的量子主方程。
2025-03-11 hep-ph hep-th quant-ph
Weak unitary symmetries of open quantum dynamics: beyond quantum master equations
本文研究开放量子动力学中的弱酉对称性,确定膨胀后的联合动力学和量子轨迹保留主方程对称性的条件,发现联合动力学总有可分离对称性,而轨迹对称性需特定测量条件。
2025-06-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Probing Qubit Noise with a Channel-Resolved Post-Markovian Master Equation
University of Southern California(南加州大学);Quantum Elements, Inc.(量子元素公司)
开发通道分辨后马尔可夫主方程模型,通过IBM量子处理器上的空闲演化层析成像识别非马尔可夫性特征,并推导出含局部耗散的 spectator-ZZ 模型,重建横向记忆核。
2026-06-26 physics.comp-ph quant-ph
Convergence condition of simulated quantum annealing for closed and open systems
模拟量子退火是模拟量子退火的某些方面的通用经典协议,并且有时被认为是在寻找经典伊辛模型的基态中量子退火的经典替代方案。我们推导出一个通用的条件,模拟量子退火收敛到热平衡在一个给定的,典型的低,温度。封闭和开放系统都被处理。将模拟量子退火的经典主方程改写为时间-时间的薛定谔方程,并应用渐近绝热条件的时间-时间变分推导出收敛条件.该结果定性地符合由非齐次马尔可夫过程理论推导出的封闭系统模拟量子退火的严格收敛条件。还观察到的是一个严格的收敛条件下的封闭系统的实时薛定谔动力学量子退火定性协议。模拟量子退火的经典随机过程和量子退火的实时量子动力学的收敛条件的这种重合是非常重要的,需要进一步审查。
2022-12-20 quant-ph
Quantum retrodiction in open systems
量子回溯涉及找到给定测量事件的各种准备事件的概率。这个理论已经被研究了一段时间,但主要是作为一个有趣的概念,与量子力学中的时间不对称性有关。然而,最近对量子通信和密码学的兴趣为追溯提供了潜在的实际应用。为此目的,开放系统中的量子追溯应该比与环境隔离的封闭系统更相关。本文研究了开放系统中的回溯问题,提出了一个测量态向后时间演化的一般主方程,它可用于计算制备几率。我们解决的主方程,作为例子,驱动的二能级原子耦合到电磁场。
2002-08-13 quant-ph
Non-Markovian master equations from piecewise dynamics
构造了一类开放量子系统的完全正的保迹非马尔可夫动力学映射。这些映射产生于分段动力学,其特征在于由跳跃中断的连续时间演化,在时间上随机分布并由量子信道描述。开放系统的状态服从一个封闭的演化方程,给出了一个主方程与记忆核和非齐次项。通过研究两个不同初始系统状态随时间变化的可区分性行为,明确评估了所获得动力学的非马尔可夫性。
2013-01-14 math-ph math.MP quant-ph
Visible Neutrino Decay As An Open Quantum System
Johannes Gutenberg-Universität Mainz(约翰内斯·古腾堡美因茨大学)
研究中微子振荡与衰变的复杂相互作用,提出利用开放量子系统理论描述多味中微子和新轻子模型中的衰变过程,展示Lindblad主方程和Kraus算符的高效计算方法。
2026-04-10 hep-ex hep-ph 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
Out of equilibrium open quantum systems: a comparison of approximate Quantum Master Equation approaches with exact results
我们提出了Born-Markov近似Redfield量子主方程(RQME)描述的开放系统的非相互作用的粒子(玻色子或费米子)的任意晶格的$N$网站在任何维度和弱连接到多个水库在不同的温度和化学势。通过进一步近似,RQME可以简化为各种形式的林德布拉德方程。通过研究$N=2$的情况下,我们表明,RQME给出的结果与精确的分析结果的稳态性能和精确的数值与时间相关的性能,在很宽的参数范围内。相比之下,林德布拉德方程在非平衡态下的有效性范围有限。我们的结论是,它确实是合理的,使用微观派生的完整的RQME超越林德布拉德方程的限制,在非平衡系统。我们还得到了两点关联函数的非平衡态时间动力学的封闭形式的分析结果。这些结果清楚地表明了稳态和热化的方法。这些结果对冷原子、腔QED和远离平衡态的量子点实验具有实验意义。
2016-06-15 cond-mat.stat-mech quant-ph
Closed system approach to open systems: Tunneling decay of interacting cold bosons in an optical lattice
玻色-哈伯德哈密顿量,模拟冷玻色子在光晶格,被用来模拟相互作用的开放量子系统作为子系统的一个更大的封闭系统的动力学,避免了复杂的引入浴,复杂的吸收势或吸收边界。数值精确的酉动力学的基础上非厄米哈密顿或Lindblad主方程的子系统的有效描述进行了比较。流行的模型与常数衰减率的有效性进行了明确的分析衰减单井和双井。此外,我们提出了一个离散的晶格版本的Siegert近似方法计算衰变率。
2012-12-21 cond-mat.quant-gas quant-ph
Exact solution of time-dependent Lindblad equations with closed algebras
含时Lindblad主方程在从量子热力学到耗散量子计算等领域有着重要的应用。在本文中,我们概述了一个一般的方法来写的精确解的时间依赖的林德布拉德方程的超算子形成封闭代数。我们专注于一个量子比特的特定情况下,并研究由相干和非相干机制产生的精确解。我们还表明,如果时间依赖性是周期性的,这个问题可能是重铸的Floquet理论。作为应用,我们给出了有限时间内二能级量子热机的精确解。
2018-11-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Multistep quantum master equation theory for response functions in four wave mixing electronic spectroscopy of multichromophoric macromolecules
Queens College of the City University of New York(纽约市立大学皇后学院)
本文提出了一种基于量子主方程的多步理论,用于推导多色团大分子四波混频光谱中的响应函数,考虑了非马尔可夫效应和激发子耦合。
2026-01-01 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
Complex non-Hermitian Potentials and Real-Time Time-Dependent Density Functional Theory: A Master Equation Approach
在一个现实的多粒子系统中模拟量子输运是一个非平凡的问题,没有定量的满意的解决方案。虽然实时传播有可能克服传统传输方法的缺点,但这种方法容易产生有限尺寸效应,这与在封闭空间域上对开放系统进行建模有关。使用主方程框架,我们利用耦合到外部粒子库的开放系统和非厄米项定义在量子设备的外围的超算子之间的等价性。通过取平均场极限,单粒子约化密度矩阵的运动方程在虚源势和虚汇势的存在下等价于实时含时密度泛函理论。该方法可用于收敛多体量子系统的非平衡稳态,并采用了已有的约束算法。
2015-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Closed hierarchy of correlations in Markovian open quantum systems
我们研究了Lindblad主方程在空间的运营商,并提供简单的标准,封闭的层次方程的相关性。我们分别考虑了闭系统和开系统的时间演化,证明了满足闭性条件的开系统不一定是高斯型的。此外,我们还证明了耗散可以导致相互作用量子系统中关联层次的紧密性。作为一个例子,我们研究了相互作用的光机模型,费米-哈伯德模型,和拉比模型,都耦合到微调马尔可夫环境,并获得精确的解析表达式的时间演化的两点关联。
2013-10-18 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Lectures on Open Quantum Systems
Memorial University of Newfoundland(纽芬兰纪念大学)
本文通过Jaynes-Cummings模型探讨开放量子系统理论,推导主方程及CPTP映射相关定理,为量子动力学研究提供基础框架。
2026-03-12 math-ph math.MP quant-ph
Model Dynamics for Quantum Computing
提出了一种适用于量子计算动力学的模型主方程。在理想的量子计算机(QC)中,量子比特系统在时间上统一地演化,并且凭借它们的纠缠,量子力学地干涉以解决其他棘手的问题。在实际情况中,由于与环境的相互作用以及可能的短期随机干扰和门缺陷,QC受到退相干和衰减效应。QC在这种攻击下的稳定性是现实设备开发的关键问题。我们假设,环境的影响,可以纳入一个主方程,其中包括单一的发展与门,补充Lindblad长期。Lindblad运营商的各种类型进行了探讨,即稳定,脉冲,门摩擦,和测量运营商。在主方程中,我们使用Lindblad项来描述随机Lindblad脉冲的短时侵入。然后扩展的唯象主方程,包括一个非线性Beretta项,描述了一个封闭系统的熵增加的演变,加上浴环境项规定的一个固定的温度。在这里,我们探讨了一个简单的单量子比特系统的情况下,准备推广到多量子比特,qutrit和混合量子比特qutrit系统。该模型主方程可用于检验存储器的稳定性和量子门的效能。这种混合主方程的性质进行了探讨,强调热平衡和熵约束的作用。
2017-05-29 math-ph math.MP quant-ph
Perturbative approach to Markovian open quantum systems
微扰论是研究封闭量子系统的一种常用的有力工具。在开放量子系统中,基于马尔可夫量子主方程的PT方法还没有得到很好的发展。对开放系统的研究主要依赖于刘维尔超算符或量子轨道的精确对角化。在这种方法中,系统大小受到当前计算能力的相当限制。类似于封闭系统的PT,我们开发了一种适用于开放量子系统的PT。该方法在解析理解开放系统以及系统性质的数值计算中是有用的,否则这将是不切实际的。
2013-11-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
A Compilation Framework for Quantum Simulation of Non-unitary Dynamics
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences(中国科学院软件研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);University of Technology Sydney(悉尼科技大学)
提出一种以量子信道为第一类编译对象的编译框架,通过Kraus形式的中间表示和结构感知优化,将非酉动力学编译为可执行电路,相比未优化基线最多减少99%的量子门数量。
2026-09-07 cs.PL quant-ph