Methods for measuring noise, purity changes, and entanglement entropy in quantum devices and systems
我们目前的方法来评估量子演化过程中由于耦合到环境（耗散下文）的数量的变化率。该协议基于重复给定的量子线路（或量子操作）两次、三次等，并且在每次重复之后测量期望值。我们首先应用这种方法来测量量子线路中的纯度变化率。这提供了关于电路质量的直接信息。此外，所提出的方案能够提取耗散的贡献，如能量和相干性的量的变化。特别地，这可以应用于特定量子位的局部哈密顿。因此，我们的方法可以用来定位“热点”的耗散发生。这种方法的一个变体可以用来测量量子线路中的纠缠积累。这些方法是可扩展的，因为它们只涉及一些在NISQ设备中相对容易测量的可观测量。
2021-12-01 quant-ph
Revival Structure of Stark Wave Packets
研究了Stark波包的回复结构。这些波包的能量取决于两个量子数，其特征在于两套经典周期和复兴时间。附加的时间尺度导致了不同于自由Rydberg波包的回复结构。我们证明了Stark波包可以呈现分数回复。我们还表明，这些波包表现出独特的斯塔克效应的特殊功能。例如，波函数可以被分离成主量子数的偶数和奇数上的不同和。这些奇偶叠加以不同的方式干涉，这导致斯塔克波包的干涉图中出现意想不到的周期性。
1996-08-26 quant-ph
Revivals of Rydberg Wave Packets
我们研究了里德堡波包的回复结构。这些波包表现出初始的经典周期运动，随后是一系列的崩溃，部分/完全复苏，和部分/完全superrevivals。量子缺陷对碱金属原子中波包的影响和初始波包的压缩态描述也被描述。然后，我们研究了里德伯波包在外部电场存在下的复兴结构，即，斯塔克波包的复兴结构。这些波包的能量取决于两个量子数，并表现出新型的干涉行为。
1997-11-28 quant-ph
Revivals of Quantum Wave Packets
我们提出了一个通用的治疗波包复苏的量子力学系统。这种治疗允许某些理想的复兴类型的分类。例如，一维盒子中粒子的波包显示出完美的复兴。我们还研究了能量依赖于两个量子数的量子系统的波包的复活结构。这些系统中的波包在初始运动中表现出量子拍频以及新型的长期复苏。作为一个例子，我们考虑一个粒子在一个二维盒子的复苏结构。
1997-11-25 quant-ph
Information Geometry of Quantum Entangled Gaussian Wave-Packets
描述和理解量子纠缠的本质及其与动力学混沌的联系具有重大的科学意义。在这项工作中，使用信息几何（IG）技术，我们调查的微观关联的最大概率路径的演化的统计流形诱导系统的微观自由度是高斯分布的影响。我们使用相关和非相关高斯的统计流形模型的散射诱导的量子纠缠的两个无自旋，无结构，非相对论性粒子，后者表示的最小不确定性高斯波包。已知纠缠度由系统的纯度P量化，我们用微相关系数r表示s波散射的纯度-一个参数化系统相关微观自由度的量;从而建立了纠缠和微相关之间的联系。此外，相关系数r很容易表示在散射中涉及的物理量，其精确形式是通过我们的IG方法获得。发现纠缠持续时间可以由初始动量p_{o}、动量扩展σ {o}和r来控制。此外，我们得到了精确的表达式IG模拟的标准指标的混沌，如截面曲率，雅可比场强度和李雅普诺夫指数。然后，我们提出了一个分析估计的信息几何熵（IGE），一个合适的措施，量化的复杂性测地线路径弯曲流形。最后，我们提出结论性意见，解决IG表征的纠缠和量子物理学的复杂性的有用性。
2011-04-07 math-ph math.MP quant-ph
Quantum energy decays and decoherence in discrete baths
研究了离散浴模型中系统粒子的量子平均能量衰减和纯度衰减随组分数的变化。系统粒子受到两种不同的物理情况：谐振子（HO）和莫尔斯势。环境（浴）由{ \it有限}数量N的非耦合HO组成，表征结构化浴，其在极限$N\to\infty$中被假定为具有欧姆、亚欧姆或超欧姆谱密度。对于非常低的N值，平均能量和纯度在时间上保持恒定，但在中间值（10<N<20）开始衰减，其中观察到两个不同的时间区域：相对较短时间的两个指数衰减和较大时间的幂律衰减。在这个间隔N退相干发生短时间和非马尔可夫动力学预计较大的时间。当$N$增加时，能量和相干性衰减非常快，并且预期会发生马尔可夫动力学。波包动力学用于确定系统势内粒子的演化。
2011-11-01 quant-ph
On reduction of the wave-packet, decoherence, irreversibility and the second law of thermodynamics
我们证明了量子版本的热力学第二定律：（量子）玻尔兹曼熵增加，如果初始（零时间）密度矩阵decoheres，在自然界中普遍满足的条件。它说明了一个模型的波包减少，科尔曼-赫普模型，沿框架介绍了休厄尔在他的方法的量子测量的问题。进一步的模型说明了量子玻尔兹曼熵在时间上的单调与非单调行为。作为最后一个密切相关的主题，退相干，这是由Narnhofer和Thirring的情况下，量子K系统的情况下，加强宏观纯度，分析在不同类别的量子混沌系统，即量子Anosov模型定义的Emch，Narnhofer，Sewell和Thirring。回顾量子玻尔兹曼熵的概念，以及一些严格的方法，量子测量问题的薛定谔动力学的框架内，给出了一个概述的C* 代数方法，其中包括相关的概念和定义在一个全面的方式。
2014-03-18 math-ph math.MP quant-ph
Quantum wave packet revivals
量子系统中波包复苏现象的数值预测、理论分析和实验验证在过去的15年里蓬勃发展。量子复兴的特征是最初局域化的量子态，它们具有短期的准经典时间演化，然后可以在几个轨道上显著地传播，只是后来以量子复兴的形式重新形成，其中传播本身反转，波包重新局域化，并且半经典周期性再次明显。将初始波包重新定位成初始包的多个较小副本（“迷你包”或“克隆”）也是可能的，从而引起部分恢复。表现出这种行为的系统是量子力学中具有量子化能量的束缚态的时间相关干涉现象的基本实现，因此在物理和化学社区中引起了广泛的兴趣。我们回顾了量子波包结构的理论机制，导致在一个（或多个）量子数（s）的系统中存在的复苏和分数复苏，以及讨论如何在能量本征值谱的经典周期和复苏时间的信息编码。我们讨论了一些一维模型系统的复苏行为，包括无限深阱，量子弹跳器，和其他，以及一些二维可积量子台球系统。最后，我们简要回顾了原子、分子和其他系统中波包复苏的实验证据，以及凝聚态和光学系统中的相关复苏现象。
2004-01-07 quant-ph
Modulation of electron wave packets by scattering on time-harmonic potentials
Aarhus University（奥胡斯大学）
本文提出一种三维量子散射理论，研究电子波包与时间周期性势场的相互作用，揭示了近场电子显微镜中调制机制与波包几何及 recoil 效应的关系。
2026-05-11 quant-ph
Wave Packet Simulations of Antiproton Scattering on Molecular Hydrogen
用波包动力学方法研究了反质子在氢分子上的散射问题。本文给出了反质子H2系统的电子势能面。在低于10 eV的超低能量制度的碰撞能量的分子氢的激发和解离概率计算。
2015-07-30 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
The long-term cyclotron dynamics of relativistic wave packets: spontaneous collapse and revival
本文研究了相对论电子波包的坍缩效应、回复效应和{ \it Zitterbewegung}（ZB）现象。相对论电子波包是量子数在几十个量级的$n_0$附近出现尖峰的态的叠加。分析计算了电子包中心的概率密度、平均速度和平均自旋分量，并进行了可视化。我们的计算表明，由于失相的状态的时间大于回旋周期的初始波包（其中包括与正能量的状态只）失去了空间本地化，使演化不能再描述经典。然而，在半复苏时间$t=T_R/2$，它的重塑首先发生。包含两个能带（具有$E_n>0$和$E_n<0$）的状态的波包的行为更复杂。在几个经典周期的短时间内，这样的包分裂成两部分，这两部分以相反方向的回旋频率旋转，并且每半个回旋周期相遇。在这些时刻，它们的波函数有明显的重叠，导致ZB。在分数恢复时，两个子分组中的每一个被分解成几个分组分数。然而，在$t=T_R$的两个子包（具有正或负能量）中的每一个在回旋加速器轨道的不同点处恢复，这使得不可能完全不同于仅由具有能量$E_n>0$的状态组成的波包来重塑初始波包。所得结果可用于描述天体上相对论等离子体的电磁辐射和吸收，其中超高磁场具有$10^8-10^9$ T量级的值，以及解释捕获离子的实验。
2011-11-23 quant-ph
Atomic wave packet dynamics in finite time-dependent optical lattices
光晶格中的原子波包与光子晶体中的光脉冲有许多惊人的相似之处。我们解析地描述了这样一个潜在的几何形状的理想气体的位置相关的能带结构的传输特性。特别地，我们发现在特定能量下，有限晶格中心的波包可以被带隙对包围。它们就像镜子一样，原子波包在它们之间反射，从而有效地产生一个物质波腔。我们表明，在这样的谐振腔中可以获得长的捕获时间，并通过数值计算的薛定谔方程研究原子波包的崩溃和复苏动力学。
2011-01-28 cond-mat.quant-gas quant-ph
Localization of wave packets in one-dimensional random potentials
研究了初始强受限波包在一维弱随机势中的展开。在长时间内，波包的扩展由于相消干涉而停止，导致安德森局域化。我们开发了一个解析描述的无序平均局域密度分布。为了这个目的，我们采用Berezinskii的图解方法，我们扩展到波包的情况下，提出了一个解析表达式的李雅普诺夫指数，这是有效的小以及高能量，最后，开发一个自洽玻恩近似，以分析计算我们的波包的能量分布。通过与数值模拟的比较，我们表明，我们的理论很好地描述了完整的局域密度分布，不仅在尾部，而且在中心。
2016-04-28 cond-mat.dis-nn quant-ph
Invisibility of quantum systems to tunneling of matter waves
我们表明，在一维量子系统中的势参数的适当选择允许在所有的入射隧穿能量的隧穿粒子的统一传输，除了在可控的极小的入射能量。相应的停留时间和传输幅度是无法区分的单位传输制度中的自由粒子。这意味着有可能设计出一种通过波包隧穿而不可见的量子系统。
2009-04-25 quant-ph
Closed form perturbative relativistic modifications to wave-packet dynamics in the quantum harmonic oscillator
California State Polytechnic University（加州理工大学）
在微扰框架下推导了量子谐振子波包动力学的弱相对论修正的闭式表达式，并应用于电子波包，发现对于keV量级谐波束缚能量，相对论效应不可忽略。
2026-05-28 hep-th quant-ph
Identifying resonances with wave-packet dynamics
基于强窗口算子技术，提出了一种研究共振行为的新方法--利用波包动力学。该方法的说明和量化的应用程序的天体物理学的重要的例子，低能量$^{12}$ C + $^{12}$ C碰撞。对于这个选定的，潜在的模型测试的情况下，该技术被证明是提供共振能量和宽度与替代方法，如复杂的能量散射矩阵极点搜索和散射相移分析协议。该方法具有更普遍的能力来研究跨学科的共振现象，涉及被潜在口袋暂时捕获的粒子。
2019-02-13 nucl-th physics.comp-ph quant-ph
Oscillating spin-orbit interaction as a source of spin-polarized wave packets in two-terminal nanoscale devices
弹道输运通过纳米器件与时间相关的拉什巴型自旋轨道相互作用（SOI）可以导致自旋极化波包，甚至出现完全非极化输入。在有限域中振荡的SOI产生作为传播波离开该区域的密度和自旋极化波动。特别地，即使在没有SOI的区域中，自旋极化也具有空间和时间依赖性。我们的结果是基于含时薛定谔方程的解析解。获得的相关Floquet准能量出现在透射波和反射波的能谱中。
2014-03-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of Phase Space Dynamics of Inverted Harmonic Oscillator
School of Electrical and Computer Engineering, Iby and Aladar Fleischman Faculty of Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学弗莱什曼工程学院电气与计算机工程系）；Department of Mathematics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院数学系）；German Aerospace Center (DLR), Institute of Quantum Technologies（德国航空航天中心量子技术研究所）；School of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Tel Aviv University（特拉维夫大学工学院机械工程系）
研究利用表面重力水波的抛物形势垒与倒谐振子薛定谔方程的类比，研究不同能量量子力学波包在标志性散射模型中的传播，观测到相空间动力学分界线，区分不同能量波包的阻挡与传输，并测量了动量变化。
2026-07-22 physics.class-ph physics.flu-dyn quant-ph
Subdiffusion in wave packets with periodically kicked interactions
我们研究了一个特殊的驱动系统的量子动力学，玻色气体受到周期性的踢相互作用。在无限短井涌的极限下，该系统最近显示出波函数的快速指数扩展。在这里，我们研究这个问题的踢或任意的持续时间，并表明，在这种情况下，蔓延不是指数，而是subdiffusive在很长一段时间。这种现象源于井涌中动能和相互作用能之间的竞争，而这种竞争在δ井涌的极限中是不存在的。我们的分析进一步表明，指数扩散的崩溃发生在相对较短的时间，即使是非常短的踢，这表明，在实践中，亚扩散应该是更多的规则，而不是在这个系统中的例外。
2022-03-15 physics.atom-ph quant-ph
Momentum-space decoherence of distinguishable and identical particles in the Caldeira-Leggett formalism
本文在Caldeira-Leggett形式框架下，研究了线性势场中最小和非最小测不准积（拉伸）高斯波包的动量空间退相干。作为一个无量纲的测量退相干，纯度，一个数量出现在定义中的{ \it线性熵}，考虑到拉伸参数的作用进行了研究。特别强调的是著名的猫态和玻色子和费米子相比，可区分的粒子的开放动力学。对于猫态，拉伸参数加速了退相干，而外部线性势强度不影响退相干时间，只是干涉图样发生了移动。此外，在动量空间中，对于最小不确定性乘积高斯波包，没有观察到干涉图样。关于玻色子和费米子，我们已经讨论的问题是，不可分辨粒子的波函数的对称性如何在退相干过程中表现出来，在这里，退相干过程被理解为由于经典统计随时间逐渐出现而导致的不可分辨性的丧失。我们已经观察到，玻色子和费米子的初始聚束和反聚束特性，分别在动量空间中不保存作为环境参数，温度和阻尼常数的函数。然而，费米子分布比可区分分布略宽，这些分布与玻色子分布相似。这种普遍的行为可以解释为这种开放动力学的动量空间中波函数对称性的残留提醒。
2021-11-04 quant-ph
Ground states and dynamics of a trapped charged particle in the magnetic field
考虑了两个带电粒子在外加磁场的简谐势阱中的系统。这个问题被简化为相对坐标系中的单粒子问题。求得了基态和最低激发态能量及波函数，发现基态的速度（动量）期望值不为零，几率流密度也不为零.当基态简并时，速度的期望值变得不连续。通过求解适当的含时薛定谔方程，研究了与开启磁场相关的效应。在突然（时间上不连续）和连续接通之间没有观察到实质性差异。研究了初始为高斯分布的波包的演化。波包失去了它的高斯性质，并且在足够长的时间之后，建立了衍射最大值和最小值的系统。
2013-10-15 quant-ph
Potential scattering in $L^2$ space: (2) Rigorous scattering probability of wave packets
该研究用高斯波包与微扰展开重构势散射，发现平稳散射态标量积结合律破缺，并提出保持幺正性的严格散射概率，包含截面、新项及前向干涉行为。
2023-12-11 hep-th math-ph math.MP
A novel quantum dynamical approach in electron microscopy combining wave-packet propagation with Bohmian trajectories
透射电子显微镜（TEM）衍射特征的数值分析通常依赖于经典近似（蒙特卡罗模拟）或量子近轴层析成像（多层方法及其任何变体）。虽然数值上的优势（相对简单的实现和低计算成本），它们涉及重要的近似，因此其适用范围是有限的。为了克服这些限制，提出了一种替代的，更一般的方法，基于波包传播的最佳组合与相关的Bohmian轨迹的飞行计算。为了清楚起见，但不失一般性，该方法是用来分析的薄铝板作为三个不同的入射（工作）条件下，这是感兴趣的电子显微镜的功能的电子束的衍射：探头宽度，倾斜角，和束能量。具体地，它示出，因为有依赖于特定的阈值的光束能量，这种方法提供了一个清晰的描述的衍射过程中，在任何能量，揭示在同一时间内的任何转向的光束内部的材料朝向的方向，不能被其他传统的方法，这是非常感兴趣的，当处理相对较低的能量和/或相对较大的倾斜角。
2017-01-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Vortex particles in axially symmetric fields and applications of the quantum Busch theorem
将具有轨道角动量（OAM）的涡旋电子加速到相对论能量并产生涡旋离子、质子和其他带电粒子的可能性关键取决于OAM在加速期间是否守恒以及波包的相空间如何演变。我们表明，OAM和平均发射率的包，后者服从薛定谔不确定性关系，是保守的轴对称领域的电和磁透镜，典型的加速器和电子显微镜，以及在潘宁陷阱，而弱非均匀场的线性近似的工作更好地为单包比经典光束。我们分析了包的均方根半径$\langleρ^2\rangle$的量子动力学，这种动态的范西特-泽尼克定理，适用于任意距离的源和非高斯包的广义形式，并适应柯朗-斯奈德形式主义来描述的波包的相空间的演变。因此，涡旋粒子可以被加速、聚焦、转向、捕获，甚至存储在方位角对称的场和陷阱中，这有点类似于经典的角动量主导的光束。此外，我们给出了一个量子版本的布施定理，它说明了如何可以产生涡旋电子与磁化的阴极期间无论是场或光电发射，以及涡旋离子和质子通过使用磁化剥离箔用于改变离子的电荷状态。数据包的空间相干性在这些应用中起着至关重要的作用，我们为不同质量的粒子提供了必要的估计。
2020-12-10 hep-ph physics.acc-ph quant-ph
Single-electron quantum dynamics in high-harmonic generation spectrum from LiH molecule: analysis of potential energy surfaces for electrons constructed from a model of localized Gaussian wave packets with valence-bond spin-coupling
利用基于价键自旋耦合的局域电子波包模型构造的电子运动势能面，计算和分析了强激光脉冲作用下LiH分子的高次谐波产生谱.该分子具有二价ePES，结合能为0.39哈特里和1.1哈特里。HHG光谱从电子动力学上的较弱的束缚价ePES，实际上分配给Li 2s，表现出在第一谐波没有平台和截止的主峰。这与振荡激光场下的自由电子谱相比较，并与ePES的形状和深度相综合。另一个价态的ePES，与H 1 s相对应，具有更深的束缚，使得波函数的整体轮廓很好地近似于Li-H键长宽度的高斯分布。然而，小于$10^{-3}$的一小部分概率密度振幅从具有高波数的束缚势隧穿出来，并且由于激光场振荡而传播超过数十nm，其中部分与分子重组。电子波函数的这一小部分是HHG延伸到50个谐波阶的主要来源。由激光场振荡引起的势阱内的非线性动力学也有助于高达30个谐波阶的HHG。
2020-02-14 physics.chem-ph quant-ph
Effects of the transverse coherence length in relativistic collisions
粒子碰撞中的量子干涉效应具有双重性质：它们的出现是由于复杂的散射振幅的自相关性和由于入射波包的空间相干性。在处理离域平面波的传统散射理论中，这两种效应都被忽略了，尽管在粒子和原子物理学中有时必须考虑它们。在这里，我们研究的包的横向相干长度的作用，把特别强调的情况下，其中一个粒子是扭曲的，也就是说，它携带的轨道角动量$\ell\hbar$。在$ee, ep$和$pp$碰撞中，干涉导致了对平面波截面的修正，在能量为$\sqrt{s} \gg 1$ GeV时通常可以忽略不计，但对于较小的能量，特别是当存在初始态为$|\ell| > 10^3$的扭曲强子时，这种修正是明显的。在微扰QCD之外，这些修正变得只有适度的衰减，允许人们探测作为$s$和$t$函数的强子振幅的相位。在这一范围内，相干效应可以与QED中的圈修正相竞争，并有助于检验中低能强相互作用的唯象模型。
2020-04-09 hep-ph quant-ph
Information Geometric Modeling of Scattering Induced Quantum Entanglement
对两个高斯波包之间的s波散射产生的纠缠进行了信息几何分析。我们推测，与弹性正面碰撞有关的碰撞前和碰撞后量子动力学场景是从微观统计结构中出现的宏观表现。然后，我们描述它们的不相关和相关的高斯统计模型，分别。这使我们能够表达的纠缠强度的散射势和入射粒子的能量。此外，我们展示了纠缠持续时间可以与散射势和入射粒子能量。最后，我们讨论了纠缠和运动复杂性之间的联系。
2011-06-29 math-ph math.MP quant-ph
Coherent Control and Entanglement in the Attosecond Electron Recollision Dissociation of D2+
我们研究了最近实验证明的D ~（2+）的阿秒电子解离[H. Niikura等人，Nature（London）421，826（2003）]。在这个过程中，入射到D2上的强激光场使电子电离，将激光场中的电子加速到eV能量，然后驱动电子与母离子发生亲电子化，导致D2+解离。一些结果证明。首先，一个全维的强场近似（SFA）模型的构建和原来的实验是一致的。然后，这是用来严格证明，该实验是一个例子，相干泵转储控制。其次，扩展到双色相干控制提出了考虑分子的振动态的相干叠加制备的离解的双折射。第三，通过比较的结果，涉及独立制备的D2+和电子波包的无场阿秒散射类似的情况下，分解解离示出提供一个例子的波包相干控制的反应性散射。第四，该分析清楚地表明，连续电子和D2+波包之间的时间相关性，而不是纠缠，是实验中证明的亚飞秒探测分辨率的关键。这一结果澄清了关于纠缠在D2+的纠缠探测中的重要性的一些误解。最后，签名的纠缠之间的碰撞电子和原子碎片，通过符合测量检测，被确定。
2007-06-23 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Detection of missing low-lying atomic states in actinium
通过两步共振激光电离光谱，观测到了锕的两个最低能量奇宇称原子能级7s^27p 2P^o_12和7s^27p 2P^o_3/2，它们各自的能量分别为7477.36（4）cm^-1和12 276.59（2）cm^-1。这些态的寿命分别为668（11）ns和255（7）ns。此外，这些性能的计算使用的混合方法，结合组态相互作用和耦合簇的方法，在良好的协议。这些数据对于理解锕系元素的复杂原子光谱和开发有效的锕系元素激光冷却和电离方案具有重要意义，可能用于高纯度医用同位素生产和未来的基础物理实验。
2020-05-07 physics.atom-ph quant-ph
Non-perturbative dynamics of flat-band systems with correlated disorder
本研究开发了关联无序平带系统的时间演化数值方法，发现无序可移动一维平带态，二维$\alpha-T_3$模型中波包移动受Berry相位控制，并计算了候选材料HgCdTe的平带结构。
2024-06-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el physics.comp-ph
Sub- and supercritical defect scattering in Schrödinger chains with higher-order hopping
我们从理论上分析了一个离散的薛定谔链跳跃到第一和第二邻居，可以实现与曲折安排的光波导或冷原子的晶格网站。已经处于中等值的第二近邻跳跃对能带结构具有强烈的影响，导致位于带内的新极值的出现，伴随着状态密度中的范霍夫奇异性。然后将能带划分为具有行波的波数和能量之间的通常唯一对应关系的亚临界区域，以及超临界区域，其中不同波数的波在能量上退化。我们研究的后果，这些功能在散射设置，引入缺陷，局部打破平移不变性。局部概率流的概念是广义的最近邻近似和带外能量的束缚态进行了讨论。在带内的亚临界能量处，倏逝模与行进平面波共存，引起散射中的共振现象。在弱耦合的缺陷，我们确定了一个典型的Fano-费什巴赫共振的形状可调，并提供其轮廓参数的解析表达式。在超临界能量，我们观察到耦合的简并行波，导致一个复杂的波包碎裂动力学。分析了相应的分支比。
2015-06-05 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
