Quantum master equations from classical Lagrangians with two stochastic forces
我们展示了如何一个大家庭的主方程,描述量子布朗运动的谐振子的阻尼不变的,可以推导出一个唯象的方法,假设环境可以模拟两个经典的随机力的基础上。这个族由三个与时间相关的关联函数(除了频率和阻尼系数)确定,并且它包括作为特殊情况的已知主方程,其耗散部分相对于坐标和动量算子是双线性的。
2007-02-02 quant-ph
Nature and origin of the operators entering the master equation of an open quantum system
利用最近引入的描述开放量子系统的形式主义(环境相干态的参数表示)的特点,我们导出了一个开放量子系统的约化密度算符的运动方程,该方程具有与著名的Gorini-Kossakowski-Sudarshan-林德布拉德方程相同的结构,但不管假设的马尔可夫性如何都成立。在我们的结果中的运营商有明确的表达式描述与环境的相互作用的哈密顿量,并可以计算一次被认为是一个特定的模型。我们发现,而不是一个单一的一组Lindblad运营商,在一般(非马尔可夫)的情况下,有一组Lindblad类运营商的每一个点的辛流形相关联的环境。这种复杂性在某些假设(与马尔可夫性和环境的经典极限有关)下消失了,在这些假设下,有可能恢复通常的主方程形式主义。最后,我们发现这样的类Lindblad算子的两种不同的模型的量子比特在玻色子环境中,并表明,在经典极限的环境中,他们著名的主方程恢复。
2022-09-28 quant-ph
Quasithermodynamic Representation of the quantum master equations: its existence , advantages and applications
我们提出了一个新的表示几个量子主方程在所谓的准热力学形式。这种表示(当它存在时)让人们通过非平衡势(“熵”)以统一的形式写下感兴趣的量子系统的密度矩阵的对角和非对角元素的动力学方程,非平衡势是依赖于描述状态的所有变量的某个二次函数。我们证明了对于一般的Pauli主方程和Lindblad主方程(至少在简单情况下),上述表示也是存在的.我们还讨论了在开放量子系统的动力学性质的研究,特别是它的弛豫到定态的表示提出的优点。
2014-08-20 quant-ph
Measurement master equation
我们推导出一个描述量子系统在一系列观测下演化的主方程。这些测量以给定的速率随机发生,并且可以具有非常一般的形式。作为一个例子,我们分析了这些测量对电磁场驱动的二能级原子演化的影响。对于相关的量子轨迹,我们发现拉比振荡,Zeno效应类型的行为和随机电报演变所产生的迷你量子跳跃,因为我们改变了测量的速率和强度。
2006-02-17 quant-ph
Exact master equations for the non-Markovian decay of a qubit
构造了描述两态系统衰减为结构化水库的精确主方程。采用模型的精确解,我们确定的内存内核的Nakajima-Zwanzig主方程和相应的时间卷积主方程的生成器的解析表达式。这种方法允许详细的调查和比较相应的摄动展开的收敛行为。此外,我们发现,广泛使用的唯象主方程的记忆核的结构可能是不兼容的底层微观模型的非微扰处理。我们讨论了我们的结果的微观分析和开放系统的非马尔可夫量子动力学的唯象建模的几个物理意义。
2010-02-10 quant-ph
Describing Spin-Selective Reactions of Radical Pairs Using Quantum Jump Approaches
最近,自旋选择性自由基对反应已经使用来自量子测量理论的概念进行了研究。在这篇文章中,我们表明Kominis(Physical Review E,83,2011,056118)采用的方法由于量子跳跃的处理问题而导致错误的结果。对量子跃迁的正确考虑导致传统的主方程或琼斯-霍尔主方程。
2011-10-11 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Kinetic Theory III: Simulation of the Quantum Boltzmann Master Equation
我们提出了一个EM量子玻尔兹曼主方程(QBME)描述的动力学的稀玻色气体限制在一个捕获势的玻色凝聚制度的模拟结果。QBME是在以前的工作中导出的量子动力学主方程的最简单的版本。我们考虑两种情况下的捕获势:一个三维方势阱与周期性边界条件,和各向同性谐振子。我们讨论了定态解和弛豫到平衡态。特别是,我们计算粒子分布函数,波动的职业数,碰撞之间的时间,和平均职业数的单粒子状态的玻色凝聚的发病制度。
1997-01-10 quant-ph
Density matrix operatorial solution of the non--Markovian Master Equation for Quantum Brownian Motion
本文提出了一种精确求解弱耦合条件下描述单谐振子与量子环境相互作用的非马尔可夫主方程的新方法。利用超算符方法成功地导出了系统密度矩阵的算符解。我们的方法是独立的物理性质的环境。我们证明了我们的解决方案的有用性,推导出明确的表达式耗散的时间演化的系统,例如,它的平均能量的物理利益的一些可观的。
2002-11-29 quant-ph
Master equation for high-precision spectroscopy
高精度光谱学的进展要求人们验证理论模型的准确性,例如描述原子自发发射的主方程。为此,我们应用粗粒化方法导出了原子与电磁场模相互作用的主方程。这个主方程自然包括由于衰变通道中的量子干涉而产生的项,并且满足Lindblad定理的要求,而不需要唯象假设。然后,我们考虑原子氢的2S-4P线的光谱,并表明这些干扰项,通常被忽略,显着有助于光子计数信号。这些结果可以是重要的理解光谱测量在最近的实验测试量子电动力学的有效性。
2016-10-18 quant-ph
Non-Markovian dissipative dynamics of two coupled qubits in independent reservoirs: a comparison between exact solutions and master equation approaches
研究了两个相互作用的量子比特耦合到两个独立玻色子浴中的约化动力学。单激励动力学推导和比较的基础上适当的非马尔可夫主方程的分辨率。利用Nakajima-Zwanzig和无时间卷积投影算子技术描述了双量子比特系统的非马尔可夫动力学特征。这种近似方法的有效性和它们的有效性范围对应于不同的选择描述系统的参数带来光。
2009-07-27 quant-ph
Multi-Qubit Joint Measurements in Circuit QED: Stochastic Master Equation Analysis
推导了电路量子电动力学中多量子比特对角可观测量的随机主方程。在量子比特衰减可以忽略的情况下,我们的方法取代了以前工作的极化子样变换,这需要对三个量子比特和两个谐振器模式的物理有趣的情况进行冗长的计算。这里介绍的技术使这种计算简单明了,而且显然是正确的。使用这种技术,我们能够证明,寄存器大于一个量子比特下的非马尔可夫主方程的演变。我们进行了数值模拟的三量子比特,从以前的工作中的两个模式的情况下,获得平均测量后状态保真度的$\sim 94\%$,测量引起的退相干和退相的限制。
2017-07-24 quant-ph
Quantum Fokker-Planck Master Equation for Continuous Feedback Control
测量和反馈控制是量子科学的基本特征,其应用范围从量子技术协议到量子热力学中的信息-功转换。反馈控制的理论描述通常以需要数值解的随机方程给出,或者仅限于线性反馈协议。在这里,我们提出了一个形式主义的连续量子测量和反馈,线性和非线性。我们的主要结果是一个量子Fokker-Planck主方程描述的联合动力学的量子系统和有限带宽的检测器。对于快速测量,我们推导出一个马尔可夫主方程的系统单独,服从分析处理。我们说明我们的形式主义,通过调查两个基本的信息引擎,一个量子和一个经典的。
2022-08-10 quant-ph
Stochastically bundled dissipators for the quantum master equation
本文提出一种通过随机捆绑Lindblad算子来表示Lindblad耗散子的方法,有效降低了量子主方程的计算复杂性,能高效模拟大Hilbert空间维度下开放量子系统的动力学。
2025-01-25 quant-ph
Exact time evolution and master equations for the damped harmonic oscillator
利用阻尼谐振子的精确路径积分解,证明了在一般情况下,不存在描述任意初始浴槽制备的谐振子动力学的精确耗散Liouville算子。精确的非定常刘维尔算子只能在特定的制剂中找到。三个物理意义的例子进行检查。对于热初始条件,导出了一个精确的新主方程。其次,得到了控制平衡态关联随时间演化的Liouville算子。第三,研究了初始条件的分解。此外,可以证明,在适当的条件下,存在与描述长时间动力学的初始准备无关的近似Liouville算子。导出了这些近似主方程的一般形式,并确定了浴谱密度的特殊情况下,包括欧姆,德鲁德和弱耦合的情况下的系数。与以前的工作进行了讨论。
1996-10-01 physics.atom-ph quant-ph
Description of decoherence by means of translation-covariant master equations and Levy processes
在Holevo关于协变量子动力学半群生成元特征的结果的一般框架中考虑了用于描述退相干和耗散的平移协变马尔科夫主方程。建立了经典Lévy过程的特征函数与描述量子系统通过动量转移事件与环境相互作用的质心自由度的统计算符的相干性损失之间的一般联系。与微观物理模型和实验实现的关系被认为是,特别是最近的干涉实验探索经典和量子世界之间的边界集中。
2009-03-04 quant-ph
A Straightforward Introduction to Continuous Quantum Measurement
我们提出了一个教学处理的形式主义的连续量子测量。我们的目的是向读者展示如何以直接的方式导出和操纵描述这种测量的方程。我们也给那些新的测量理论的基本背景材料,并进一步描述连续测量的各个方面,应该有助于那些希望使用这种测量的应用程序。具体来说,我们使用简单而直接的方法广义测量推导出随机主方程描述连续测量的可观测量,给随机微积分教程,治疗多个观察员和低效的检测,检查一般形式的测量主方程,并显示主方程如何导致信息增益和干扰。最后,我们给出了一个详细的治疗成像的共振荧光从一个单一的原子作为一个具体的例子,如何连续的位置测量出现在一个物理系统。
2006-11-06 quant-ph
Open quantum dynamics with singularities: Master equations and degree of non-Markovianity
描述开放量子动力学的主方程通常是一阶微分方程。当这种动力学使状态空间中的轨迹在有限的时刻到达同一点时,相应的主方程的生成元变得奇异。一阶,时间局部,齐次主方程,然后无法描述的动力学超越奇点。在主方程中保留时间局部性需要在高阶微分方程方面重新表述。我们制定了一种方法来消除发散行为的发电机通过使用适当的权重的发电机的高阶导数的组合,并说明它与几个例子。我们还提出了一个详细的研究中心自旋模型,我们提出了平均速率的信息流入非马尔可夫过程作为一个数量,捕捉一个不同方面的非马尔可夫动力学。
2021-12-02 quant-ph
Dynamics of a quantum system interacting with white non-Gaussian baths: Poisson noise master equation
本文针对浴由两态系统或自旋等构成的非高斯环境,提出基于泊松噪声的量子浴模型并推导主方程,揭示白噪声区域中的非高斯浴效应,为描述通用浴影响下的开放量子动力学奠定理论基础。
2024-04-02 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
Generalized master equations leading to completely positive dynamics
我们提供了一个一般结构的量子广义主方程的记忆内核导致定义良好,这是完全积极的和跟踪保持,时间演化。该方法建立在非马尔可夫经典过程的描述中出现的记忆内核的算子泛化的基础上,并证明了由于算子排序的典型量子问题而产生的关系的非唯一性。该方法提供了一个物理解释的内核的结构,其与经典的观点允许的动态轨迹描述。以前显然不相关的结果现在连接在一个统一的框架,这进一步允许现象学构建一个大类的非马尔可夫演化作为起点集合的时间依赖的地图和瞬时变换描述的微观相互作用动力学。
2016-11-03 quant-ph
Decoherence from internal degrees of freedom for cluster of mesoparticles : a hierarchy of master equations
一个介观演化方程的mesoparticles合奏后,消除内部自由度。如果系统是由一系列标度组成的,则可重复进行降阶过程,并对这种迭代方法进行了表征。也就是说,获得描述密度算子的主方程的离散层次的处方。退相干是由介观变量定义的系统的不可逆耦合到内部自由度而产生的。我们简要地讨论了在不同尺度下具有相同动力学规律的系统的存在性。本文对非简谐外场中具有内简谐相互作用的粒子系综作了显式计算。给出了介观系统半经典极限(Wigner函数)的新条件。
1998-03-13 quant-ph
A master equation for strongly interacting dipoles
我们考虑一对偶极,其中直接静电偶极-偶极相互作用可能显着大于耦合到横向辐射。我们推导出一个主方程使用库仑规范,这自然使我们能够包括系统内的哈密顿量,而不是相互作用的偶极子间库仑能量。相比之下,完全依赖于众所周知的规范不变S矩阵元素的双偶极系统的标准主方程通常使用多极规范导出,其中不存在显式的偶极间库仑相互作用。我们表明,使用广义任意规范轻物质哈密顿量,这个主方程是在其他规范,只有当偶极间库仑相互作用保持在相互作用哈密顿量,而不是在我们的推导未扰动的部分。因此,我们的主方程,而仍然规范不变的,取决于不同的S-矩阵元素,这给分离依赖于校正的标准矩阵元素描述共振能量转移和集体衰变。这两个主方程在大分离极限处重合,在大分离极限处,静态耦合可以忽略不计。我们提供了一个应用程序,我们的主方程通过寻找分离依赖的修正自然发射光谱的双偶极系统。
2018-04-16 quant-ph
A Monte Carlo Method for Modeling Thermal Damping: Beyond the Brownian-Motion Master Equation
用于描述热阻尼的“标准”布朗运动主方程不是完全正的,并且不允许在数值模拟中重要的蒙特卡罗方法。为了消除这两个问题,必须添加一个产生额外位置扩散的项。他,我们可以得到一个完全积极的简单量子布朗运动,有效地解决,没有任何额外的扩散。这是通过使用一个随机薛定谔方程(SSE),密切类似于朗之万方程,没有等效的马尔可夫主方程。考虑到一个具体的例子,我们表明,这个SSE是敏感的主方程的情况下,非线性,因此可能是一个更好的非线性系统的阻尼模型。
2009-01-06 quant-ph
Master equations for correlated quantum channels
本文导出了描述由一组子系统组成的任意多体量子系统与由大量子环境组成的环境相互作用的主方程的一般形式。每个子系统与相同序列的子环境“碰撞”,在碰撞之间,子环境根据模仿弛豫效应的映射而演变。没有对系统或环境的具体性质作出任何假设。在弱耦合区,我们证明了碰撞模型对多体系统的联合密度矩阵产生了相关的马尔可夫演化。关联的Linblad超算子包含描述不同子系统之间的互相关的成对项。
2011-05-23 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Fractional Generalization of Quantum Markovian Master Equation
我们证明了一个推广的量子马尔可夫方程的可观。在这个广义方程中,我们使用的超算子是完全耗散超算子的分数幂。我们证明了所建议的超算子是完全正半群的无穷小生成元,并描述了这个半群的性质。我们求解了线性摩擦谐振子的分数阶量子马尔可夫方程。马尔可夫超算符的分数幂可以被认为是描述量子系统环境的“屏蔽”度量的参数:对于$α=0$,环境对系统的影响是不存在的,对于$α=1$,环境完全影响系统,而对于$0<α<1$,我们有类似幂的环境影响。
2009-09-04 quant-ph
Non-Markovian dynamics of a qubit coupled to an Ising spin bath
研究了耦合到自旋浴的单量子比特系统的解析可解伊辛模型。本研究的目的是分析和阐明马尔可夫和非马尔可夫主方程描述系统量子比特的动力学的性能,与精确解相比。我们发现,无时间卷积主方程表现特别好,直到四阶的系统浴耦合常数,相比Nakajima-Zwanzig主方程。马尔可夫方法的票价差,由于无限浴相关时间在这个模型中。最近提出的后马尔可夫主方程执行时间卷积主方程的适当选择的内存内核,并优于所有的近似方法在这里考虑在很长一段时间。我们的研究结果揭示了主方程的适用性,以减少系统动力学的描述中存在的自旋浴。
2007-07-13 quant-ph
Master equation for multilevel interference in a superradiant medium
本文导出了一个超辐射介质的主方程,它包含了单个散射体之间的多级干涉。推导依赖于Born-Markov近似,并实现了粗粒度形式主义。主方程满足Lindblad形式,并包含描述单原子多级干涉、相同跃迁之间的多原子干涉以及具有平行偶极子的不同电子跃迁之间的多原子干涉的术语。然后应用该形式主义来确定两个发射器的激发光谱,使用氢跃迁2S $_{1/2}\,\to$ 4P $_{1/2}$和2S $_{1/2}\,\to$ 4P $_{3/2}$的参数,其中平行偶极子之间的间隙为GHz的量级。由于多级和多发射器干扰的相互作用的信号的失真作为它们的距离的函数进行了分析。这些结果表明,平行偶极跃迁之间的干涉可以显着影响光学致密介质的光谱特性。
2020-06-21 quant-ph
A master equation incorporating the system-environment correlations present in the joint equilibrium state
我们提出了一个一般的主方程,正确的二阶系统-环境耦合强度,考虑到初始系统-环境的相关性。我们假设系统及其环境处于联合热平衡态,然后执行幺正操作以准备所需的初始系统状态,此后系统哈密顿量也可能改变。我们表明,初始相关的效果显示在二阶主方程作为一个额外的条款,类似于通常的二阶项描述在量子系统中的弛豫和退相干的形式。我们应用这个主方程的范式自旋玻色子模型的推广,即一个集合的两级系统与一个共同的环境中的谐振子相互作用,以及一个集合的两级系统与一个共同的自旋环境相互作用。我们证明,在一般情况下,初始系统环境的相关性需要考虑,以准确地获得系统动态。
2021-03-01 quant-ph
Floquet time-convolutionless master equation for non-Markovian driven quantum systems
Università degli Studi di Milano(米兰大学);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano(意大利国家核物理研究所,米兰分部);University of Freiburg(弗赖堡大学)
研究由外部时间周期力驱动的开放量子系统动力学,结合弗洛凯理论与无时间卷积投影算子技术推导出主方程,以驱动自旋 - 玻色子系统为例证明其能描述强非马尔可夫效应,揭示了记忆效应中基于迹距离的非马尔可夫性度量峰值与准能量交叉的关系。
2026-07-28 quant-ph
Quantum dissipative systems from theory of continuous measurements
我们应用非最小扰动连续测量的限制路径积分(RPI)理论来正确描述摩擦布朗运动。由此产生的主方程是自动的Lindblad形式,因此不存在其他方法的典型困难。在谐振子的特殊情况下,得到了描述其受激布朗运动的已知主方程。被认为是一个热库作为测量环境。
2002-12-18 quant-ph
Open-system approach to nonequilibrium quantum thermodynamics at arbitrary coupling
我们发展了一个超越微扰理论的描述耦合到热浴的开放量子系统的量子行为的一般理论。我们的方法是基于精确的时间局域量子主方程减少开放系统的状态,并在最小耗散的原则。这一原则导致了一个独特的处方的主方程分解成一个代表相干时间演化的哈密顿部分和一个描述耗散和消相干的部分。利用这种分解,我们演示了如何定义功,热和熵产生,制定热力学第一和第二定律,并建立违反第二定律和量子非马尔可夫性之间的联系。
2022-05-30 quant-ph
Adding dynamical generators in quantum master equations
量子主方程是描述开放量子系统动力学的一种常用方法。在这种方法中,环境对系统演化的影响完全由动态生成器捕获,提供了紧凑和通用的描述。然而,当几个噪声过程同时作用或系统的哈密顿演化被修改时,需要小心。在这里,我们表明,发电机可以添加在主方程的水平,而不损害物理性,只有在限制性条件下。此外,即使增加发电机导致合理的动态,这通常也不符合系统的真实演化。我们建立了一个一般的条件下,直接添加动力发电机是合理的,表明它是确保在弱耦合和设置自由系统的哈密顿量和所有系统环境相互作用的交换。在所有其他情况下,我们通过反例证明,微观上得出的精确演化不能保证与通过添加发电机天真地获得的动力学相一致。
2018-05-19 quant-ph
Phenomenological memory-kernel master equations and time-dependent Markovian processes
具有记忆核的唯象主方程是否总是描述一个信息反向流动的非马尔可夫量子动力学?对系统过去状态的整合是非马尔可夫性的明确无误的标志吗?我们通过一个反例表明,情况并非总是如此。我们考虑两个常用的唯象积分-微分主方程描述的动力学自旋1/2的热浴。通过使用最近引入的度量来量化非马尔可夫性[H. P. Breuer,E.- M. Laine和J. Piilo,Phys. Rev. Lett. 103,210401(2009)]我们证明,只要方程保持其物理意义,非马尔可夫行为的关键特征不会出现在所考虑的内存内核主方程中。也就是说,没有从环境到开放系统的反向信息流。因此,在记忆核上的积分总是导致非马尔可夫动力学的假设,原来是脆弱的现象学近似。相反,所考虑的唯象方程能够描述与时间相关的马尔可夫过程相关的从系统到水库的时间相关的和单向的信息流。
2011-03-03 quant-ph
Coupled harmonic oscillator in a multimode harmonic oscillator bath: Derivation of quantum propagator and master equation using white noise analysis
本文利用白噪声泛函方法导出了耦合谐振子组成的开放量子系统的量子传播子和约化密度矩阵的演化。证明了全量子传播子是三个独立传播子的乘积。这些传播子是在两次连续变换系统坐标以及浴槽与系统中两个谐振子之一之间耦合的坐标之后获得的。然后使用所获得的传播子来推导描述系统的密度矩阵的时间演化方程。本文所考虑的导出开放量子系统传播子的方法,由于其简单易用和数学上的严格性,显示出分析开放量子系统的希望。
2016-07-07 quant-ph
A thermodynamically consistent Markovian master equation beyond the secular approximation
当环境的记忆效应可以忽略时,马尔可夫主方程为描述开放量子系统提供了一个通用的工具。由于这些方程是近似性质的,当在它们的推导中没有进行长期近似时,它们常常不遵守热力学热力学定律。在这里,我们引入了一个马尔可夫主方程,是一致的,并提供了一个准确的描述时,记忆效应可以忽略不计。热力学的一致性是通过一个重新缩放的哈密顿热力学簿记,利用马尔可夫描述意味着一个有限的热分辨率的事实。我们的研究结果,使一个物理一致的描述各种系统的长期近似打破。
2021-11-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Master equation approach to optomechanics with arbitrary dielectrics
我们提出了一个主方程描述的相互作用的光与电介质物体的任意大小和形状。考虑了物体的量子运动,光的量子性质,以及微扰理论中所有阶次的散射过程。这种形式主义扩展了标准的主方程方法的情况下,考虑不同模式的环境之间的相互作用。它产生了一个真正的量子描述,包括耦合和退相干项的重整化。我们应用这种方法来分析空腔冷却的质心模式的大球体。此外,我们推导出一个表达式的稳态声子数不依赖于分解边带或坏腔近似。
2012-04-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Feynman, Wigner, and Hamiltonian Structures Describing the Dynamics of Open Quantum Systems
本文讨论了无限维环境下开放量子系统动力学的几种描述方法。它们是纯化、相空间形式、主方程和刘维尔方程形式。主要贡献是在使用Feynman-Kac形式主义来描述的无限维组件。
2014-03-27 math-ph math.MP quant-ph
Effective Hamiltonian Approach to Open Systems and Its Applications
利用有效哈密顿方法,我们提出了一个分析开放系统中几何相位和动态稳定消相干自由子空间的自洽框架。与早期的作品进行了比较。这种有效的哈密顿方法,然后扩展到一个非马尔可夫的情况下,广义Lindblad主方程。基于这种推广的有效哈密顿方法,求解了描述耗散二能级系统的非马尔可夫主方程,定义了绝热演化,给出了相应的绝热条件.
2008-10-16 quant-ph
Tutorial: projector approach to master equations for open quantum systems
本教程系统介绍投影算符方法,展示如何从Nakajima-Zwanzig方程的不同微扰展开推导Brownian主方程、Born-Markov主方程和绝热消除,并通过四个具体例子说明其在开放量子系统中的应用。
2024-08-28 quant-ph
Current fluctuations in a non-additive open quantum system: breakdown of the quantum-jump approach
University of Malta(马耳他大学);Trinity College Dublin(都柏林三一学院);TU Wien(维也纳工业大学);King’s College London(伦敦国王学院)
本文研究非加性开放量子系统中电流涨落问题,评估量子跳变方法的适用性,发现完美跳变检测下该方法失效,不完美检测时可复现Landauer-Büttiker形式化结果。
2026-08-17 quant-ph
Retrodictive derivation of the radical-ion-pair master equation and Monte-Carlo simulation with single-molecule quantum trajectories
自由基离子对反应,在光合作用和鸟类的磁罗盘机制的中心,最近被证明是一个范例系统,应用量子信息科学在生物化学设置。描述自由基离子对反应的基本量子主方程仍在争论中。在这里,我们使用量子追溯来产生在Phys. Rev. E { \bf 83},056118(2011)中提出的理论的严格改进。我们还提供了一个严格的分析所需的单重态-三重态的相干性的措施,以获得自由基对主方程。单分子量子轨道的蒙特卡罗模拟支持我们的方法的自洽性。
2014-10-24 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum master equation with balanced gain and loss
我们提出了一个描述玻色-爱因斯坦凝聚体的量子主方程,该凝聚体在一个格点上有粒子损失,在另一个格点上有粒子增益,其平均场极限为非厄米PT对称的Gross-Pitaevskii方程.结果表明,PT对称系统的特征性质,如定态的存在性和两个格点之间脉冲的相移,在多粒子系统中同样存在。可视化布洛赫球上的动力学使我们能够比较主方程与Gross-Pitaevskii方程的完整动力学。我们发现,即使是相对较少的粒子的动力学是在良好的协议和平衡增益和损失的主方程确实是一个适当的PT对称的玻色-爱因斯坦凝聚体的多粒子描述。
2014-11-20 cond-mat.quant-gas quant-ph
Expansion of time-convolutionless non-Markovian quantum master equations: A case study using the Fano-Anderson model
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)
本文通过Fano-Anderson模型探讨了时间无关投影算子技术的性能,分析了主方程展开在暂态和稳态行为中的表现,并讨论了TCL方法在开放量子系统中的优劣。
2026-04-23 quant-ph
Unfolding quantum master equation into a system of real-valued equations: computationally effective expansion over the basis of $SU(N)$ generators
开放的$N$态量子系统的动力学通常用描述系统的密度算子的演化的马尔可夫主方程来建模。利用$SU(N)$群的生成元作为基,可以将密度算子转化为实值的Bloch向量. Lindbladian是一个超级算子,它是主方程中演化的生成元,可以在相同的基础上扩展并以实矩阵的形式重铸。总之,这些展开式的结果是一个非齐次系统的$N^2-1$实值线性微分方程的布洛赫向量。现在,例如,实现高性能并行单纯形算法以找到该系统的解,该解保证密度矩阵的范数和厄米性的精确保持。然而,当以直接的方式执行时,扩展变成时间复杂度为$\mathcal{O}(N^{10})$的操作。当耗散算子的数量与$N$无关时,可以降低复杂性,这通常是物理意义模型的情况。本文提出了一种将量子主方程转化为实值微分方程组并将其在时间上向前传播的算法。通过使用一个可扩展的模型,我们评估的算法的计算效率,并证明它是可能的处理模型系统与$N = 10^3$状态的计算机集群的单个节点上。
2019-01-22 quant-ph
Nonadiabatic evolution and thermodynamics for a boundary-driven system with a weak intrasubsystem interaction
本文推导了弱相互作用子系统边界驱动系统的非绝热主方程,并揭示了局部与非绝热主方程在稳态时违反热力学第二定律的根本原因,通过双量子比特模型数值验证了结论。
2024-09-20 quant-ph
Continuous measurement of a qudit using dispersively coupled radiation
我们分析了连续监测的qudit耦合到一个腔使用相位保持和相敏放大。该系统的量子轨迹描述的随机主方程,我们推导出适当的Lindblad运营商。测量反作用导致在坍缩期间状态坐标中的螺旋,其随着系统能级变得不可区分而增加。我们讨论了两个例子:一个两能级系统和一个$N$维系统和米与旋转对称的正交空间。我们还提供了一个比较的相位保持和相位敏感检测的主方程的影响,并表明,在这两种情况下的平均行为是相同的,但个人的轨迹崩溃在不同的速度取决于在正交平面的测量轴。
2022-06-04 quant-ph
Dynamics of open quantum spin systems: An assessment of the quantum master equation approach
利用含1个自旋为1/2的粒子与32个自旋为1/2的粒子相互作用系统的含时薛定谔方程的数值解数据,构造了描述系统自旋动力学的马尔可夫量子主方程.获得这个量子主方程的过程,它采取的形式与时间无关的系数的布洛赫方程,占所有的非马尔可夫效应在尽可能多的量子主方程的一般结构允许。我们的模拟结果表明,与一些相当奇特的例外,与时间无关的系数的布洛赫型方程提供了一个简单而准确的描述与热浴接触的自旋1/2粒子的动力学。对Markovian极限下Redfield主方程中出现的系数的计算表明,这种微扰导出的方程在数量上不同于数值估计的Markovian主方程,其结果与含时薛定谔方程的解非常吻合.
2016-08-14 physics.comp-ph quant-ph
The master equation for the reduced open-system dynamics, including a Lindbladian description of finite-duration measurement
我们考虑在有限时间间隔内发生的系统的测量问题,而环境引起的噪声降低了系统状态的相干性。我们假设一个马尔可夫测量设备,因此,使用Lindbladian描述的测量动力学。为了研究由非马尔可夫环境产生的噪声的情况,其定义不包括测量仪器,我们使用Redfield方法来处理系统与环境之间的相互作用。在目前的混合理论中,为了追踪环境自由度,我们引入了一种基于超算子代数和Nakajima-Zwanzig投影的分析方法。所得到的主方程,描述减少系统的动力学,说明在有限时间测量期间的相位噪声下的量子比特的情况下。
2011-08-18 math.OA quant-ph
Relaxation dynamics of a quantum Brownian particle in an ideal gas
我们展示了如何描述布朗运动的Fokker-Planck方程的量子模拟可以作为量子线性Boltzmann方程的扩散极限。后者描述了示踪粒子在稀释的,理想气体的量子动力学通过一个双折射协变主方程。我们讨论的类型所需的近似,以获得广义形式的Caldeira-Leggett主方程,以及他们的物理理由。通过分析薛定谔和海森堡图像中方程的极限形式,得到了扩散系数和弛豫系数的微观表达式。
2007-06-29 quant-ph
Canonically consistent quantum master equation for proton-transfer reactions
University of Potsdam(波茨坦大学);University of Exeter(埃克塞特大学)
本文基于CCQME方法研究TAA分子内质子转移,对比HEOM和Redfield理论,揭示Redfield在强耦合下偏离HEOM,而CCQME保持一致性。
2026-07-17 quant-ph
Quantum Techniques for Reaction Networks
反应网络是描述经典实体以随机方式相互作用的一般形式。虽然反应网络主要由化学家研究,但它们相当于Petri网,在计算机科学和生物学中用于类似的目的。正如土井和其他人所指出的,来自量子场论的技术可以适用于这样的系统。在这里,我们使用这些技术来研究如何“主方程”描述的随机时间演化的反应网络是相关的“速率方程”描述的确定性演化的预期数量的每个物种的粒子在大数限制。我们发现,当主方程的解是一个“相干态”时,这种关系特别强,这意味着每种实体的数量由独立的泊松分布描述。
2017-10-17 math-ph math.MP math.PR
Generalized Lindblad Master Equation for Measurement-Induced Phase Transition
测量诱导相变(MIPT)发生时,系统是在幺正演化与本地测量后选择一起发展。我们提出了一个广义版本的Lindblad主方程作为一个连续的方程,来描述在MIPT的第二雷尼熵的动力学。这个广义的林德布拉德方程明确地考虑了MIPT中的后选择,这在方程中被实现为Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)状态投影。此外,这个广义的林德布拉德方程保持厄米,单位迹,和正定性的密度矩阵。我们进一步用硬核Bose-哈伯德模型作为具体例子,数值证实了我们的广义林德布拉德方程适用于描述MIPT。
2023-01-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum trajectory entanglement in various unravelings of Markovian dynamics
本文研究开放量子系统主方程的不同量子轨迹解缠中的纠缠,提出自适应贪心算法生成低纠缠轨迹,定位面积律到体积律转变点,并证明随机轨迹模拟成本可指数级低于矩阵乘积算子方法。
2024-04-18 quant-ph
Rotational Alignment Decay and Decoherence of Molecular Superrotors
我们提出了描述热背景气体存在下快速旋转分子的相干和非相干动力学的量子主方程。主方程与旋转对准衰减和退相干的微观散射振幅,我们计算各向异性范德华散射的速率。对于大的旋转能量,我们发现与最近的超转子实验所产生的对齐衰减率非常一致。
2018-06-26 physics.chem-ph quant-ph