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
Thermodynamically consistent master equation based on subsystem eigenstates
在适当假设下的主方程是研究开放量子系统的有效工具。对于多体系统，局部耦合到热浴和弱相互作用的子系统，局部方法提供了一个更方便的描述比全球的方法。然而，这些当地的主方程被认为是产生不一致的热力学热力学定律时，子系统间的相互作用存在。在这里，我们开发了一个替代的本地主方程凭借类似的近似用于推导传统的Gorini-Kossakowski-Lindblad-Sudarshan主方程。特别地，我们坚持使用每个子系统的本征态来构造量子跃迁算符，并采用久期近似来修正子系统间的相互作用。我们的研究结果表明，违反热力学定律后，纠正子系统间的相互作用将被避免。最后，我们研究了一个双量子比特的热传递模型，这进一步说明了我们修改的主方程的有效性。
2023-01-12 quant-ph
Time deformations of master equations
无卷积主方程和卷积主方程是开放量子系统动力学的两种最常用的物理描述。我们对这些方程进行时间变形：时间尺度的局部膨胀和收缩。我们证明了无卷积方程在任何时间变形下都是合法的（导致完全正的动力学映射）当且仅当原始动力学是完全正可分的。同样，对于一类特定的卷积主方程，我们表明，均匀的时间膨胀保持积极的变形地图，如果原始地图是积极的整除。这些结果允许见证不同类型的非马尔可夫行为：变形的无卷积主方程不存在完全正性清楚地表明原始动力学至少是弱非马尔可夫的;一类时间扩张的卷积主方程不存在正性是本质上非马尔可夫原始动力学的见证。
2019-03-21 quant-ph
Number-conserving master equation theory for a dilute Bose-Einstein condensate
在量子数守恒主方程理论下，描述了$N$弱相互作用原子到玻色-爱因斯坦凝聚体的跃迁。基于对凝析气形成和非凝析热化时间尺度的分离，在包含所有两体相互作用过程的情况下，推导了非凝析气环境下凝析气子系统的主方程。数值模拟了凝聚体形成过程中凝聚体粒子数的分布，导出了一个条件，在该条件下，弱相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体的唯一平衡定态由无相互作用的$N$原子的Gibbs-Boltzmann热态给出.
2010-08-04 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
Lifetime renormalization of driven weakly anharmonic superconducting qubits: II. The readout problem
最近在超导量子比特系统中的实验已经显示出量子比特弛豫速率对读出驱动功率的意外的强依赖性。这种现象限制了最大测量强度，从而限制了可实现的读出速度和保真度。我们在这里解决这个问题，并提供了一个合理的机制弛豫率的驱动功率依赖。为此，我们通过第一部分中介绍的幺正变换技术引入了量子比特非谐性和驱动振幅的双参数微扰展开。这种方法自然地揭示了约瑟夫森势中的数量非守恒项作为一种基本机制，通过这种机制，施加的微波驱动可以激活额外的弛豫机制。我们提出了我们的结果在一个有效的主方程重整化状态和驱动依赖的过渡频率和弛豫速率。从这个有效的主方程的数值结果的比较，从Lindblad主方程，其中只包括数量守恒项（即克尔相互作用）的数值结果表明，数量非守恒项可以导致显着的驱动功率依赖的弛豫速率。这里介绍的系统展开技术是普遍适用于获得有效的主方程的驱动耗散量子系统，包含弱非线性自由度。
2019-08-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Effective cavity pumping from weakly coupled quantum dots
推导了$N$弱耦合量子点-微腔系统主方程的有效腔抽运率和衰减率。我们表明，光子的流入是没有联系到流出的热平衡关系。
2010-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heisenberg-Langevin vs. quantum master equation
量子主方程是研究量子开放系统的重要工具。它通常是在一组近似下导出的，其中主要是玻恩（因子分解）和马尔可夫（忽略记忆效应）近似。本文研究了一个谐振子与一群具有Drude-Ohmic谱密度的振子耦合的量子布朗运动的典范模型。我们得到了Heisenberg-Langevin方程的解析解\emph{exact}，并利用它研究了渐近定态下的关联函数.我们比较的\emph{exact}相关函数的渐近长时间限制与量子主方程在玻恩近似\emph{with and without}马尔可夫近似。在后一种情况下，我们实现了一个系统的衍生物的扩展，产生的\emph{exact}渐近极限下的因式分解近似\emph{only}。我们发现，可能是显着的差异时，浴$Λ$的带宽远大于系统的典型规模。我们研究了Born近似下的\emph{exact}相互作用能，发现它对$Λ$的依赖性类似于Born近似下量子主方程精确解与精确解之间的\emph{discrepancy}.我们量化制度的有效性的量子主方程在玻恩近似与或不马尔可夫近似的系统的弛豫速率$γ$，其\emph{unrenormalized}自然频率$Ω$和$Λ$：$γ/Ω\ll 1$和\emph{also} $γΛ/Ω^2 \ll 1$。玻恩近似的可靠性进行了讨论的背景下，最近的实验设置和更一般的环境。
2017-12-07 cond-mat.other quant-ph
Overdamping by weakly coupled environments
一个与快速环境弱相互作用的量子系统通常会经历复频率的弛豫，其虚部是与环境耦合的阻尼率的平方，符合费米的“黄金法则”。我们证明了各种模型（自旋阻尼谐振子或随机矩阵浴，量子扩散，量子布朗运动），增加耦合到一个临界值仍然足够小，允许弱耦合马尔可夫主方程，一个新的松弛制度可以发生。在这种情况下，复频率失去了它们的实部，使得过程变得过阻尼。我们的研究结果提出了质疑的标准信念，过度阻尼是唯一的强耦合功能。
2005-10-20 quant-ph
Adiabatic Approximation for weakly open systems
在慢变化和弱开放系统扰动的联合极限下，我们将绝热近似推广到开放量子系统的情形。我们表明，近似是“物理上合理的”，因为在广泛的条件下，它会导致一个完全积极的演变，如果原来的主方程可以写在一个依赖于时间的Lindblad形式。我们证明了一个非阿贝尔完整实现的阿达玛门的近似，由退相干过程的干扰。我们比较由此产生的近似演化与精确方程的数值模拟。
2005-08-23 quant-ph
Perturbative dissipation dynamics of a weakly driven Jaynes-Cummings system
推广了一种微观主方程方法，研究了弱驱动下Jaynes-Cummings二能级系统的耗散动力学。用微扰分析方法推广了阻尼基理论，导出了修正的Rabi振荡和真空Rabi分裂的解析表达式。弱驱动系统退相干因子的演化揭示了非对角密度矩阵元的振荡频率依赖于驱动强度和初始粒子数反转。对于在弱驱动极限的高度反转系统，该频率降低到非驱动系统的值的两倍，表明使用更传统的方法无法发现耗散动态。
2016-12-05 quant-ph
The information about the state of a qubit gained by a weakly coupled detector
我们分析的信息，人们可以了解一个量子二能级系统的状态，即量子位，当探测附近的检测器弱。特别是，我们专注于量子比特的哈密顿量和量子比特的运营商被探测器不交换的情况下。由于量子比特的状态在被探测时不断演化，并且由于测量数据与探测器相关的背景噪声混合，因此在这种情况下，人们可能会期望探测器失败。然而，我们表明，在适当的条件下，并通过适当的分析测量数据的有用信息的量子比特的状态可以提取。结果表明，每次重复实验时，测量基准都是随机确定的。我们详细分析的概率分布，管理测量基地的选择。我们还分析了信息获取率，并表明它在很大程度上不受测量和内在量子比特动力学之间的明显冲突的影响。我们讨论了我们的分析和随机主方程之间的关系，描述了测量和退相干的影响下的量子比特的状态的演变。特别地，我们写下一个随机方程，该方程包含用于量子比特的密度矩阵的演化的通常的随机主方程，并且另外包含可以从观察到的信号中提取的测量信息。
2009-08-15 quant-ph
Polaron master equation theory of pulse driven phonon-assisted population inversion and single photon emission from quantum dot excitons
我们引入一个直观的半解析极化子主方程方法来模拟脉冲驱动的粒子数反转和从量子点激子发射的单光子。主方程理论允许一个确定重要的声子诱导散射率解析，并充分包括随时间变化的泵场的作用。作为该理论的应用，我们首先研究了由时变激光脉冲驱动的量子点的共振态和非共振态，发现声子发射引起的粒子数反转与Quilter { \em et al.}最近的实验直接一致，Phys Rev Lett { \bf 114}，137401（2015）。然后，我们在弱耦合腔中模拟量子点，并显示激子驱动和腔驱动系统之间的人口响应的差异。最后，我们评估的非共振声子辅助加载计划与一个量子点共振耦合到一个腔作为一个确定性的单光子源，并比较和对比的重要数字的优点与直接拉比振荡的人口使用共振$π$脉冲，后者被证明是更有效的。
2016-01-07 quant-ph
Quantum statistics of overlapping modes in open resonators
研究了具有重叠模的弱约束腔中光场的量子动力学。采用最近开发的量子化方案，涉及一组离散的谐振器模式和连续的外部模式，我们推导出朗之万方程和主方程的谐振器模式。证明了Langevin动力学与主方程在马尔可夫极限下是等价的。我们的开放谐振腔动力学可以用作随机激光器的量子理论的起点。
2004-02-13 quant-ph
Microscopic derivation of a completely positive master equation for the description of Open Quantum Brownian Motion of a particle in a potential
University of KwaZulu-Natal（夸祖鲁-纳塔尔大学）；North-West University（西北大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)（国家理论与计算科学研究所）；Stellenbosch University（斯坦伦布什大学）
本文推导了开放量子布朗运动的完全正主方程，揭示了非高斯动力学特性。
2026-02-03 quant-ph
Lifetime renormalization of weakly anharmonic superconducting qubits: I. Role of number non-conserving terms
弱非谐超导量子比特在复杂电磁环境中的动力学通常可以用有效多模克尔哈密顿量在足够弱的激发下很好地描述。该哈密顿量可以嵌入到主方程中，其中损耗由电磁环境的细节确定。然而，最近的实验表明，当用微波信号驱动超导电路时，观察到的弛豫速率似乎与仅基于量子位的电磁环境的预期有很大不同。这个问题是超导量子位读出方案优化的限制因素。我们在这里声称，一个有效的主方程与驱动功率相关的参数是一个有效的方法来模拟这样的量子动力学。在这一系列的论文中，我们推导出有效的主方程，其参数表现出非线性依赖于电路的激励水平以及量子比特的电磁环境。我们发现，在量子比特非线性的数量非守恒项一般导致的有效主方程的耗散参数的重整化，而数量守恒项引起的系统频率的重整化。在这里，在第一部分中，我们考虑在特定初始状态下制备的transmon量子比特的激发-弛豫动力学，但不以其他方式驱动。引入么正变换技术研究了i）由于耦合到一般浴的量子比特弛豫和ii）Purcell衰变的重整化。解析表达式的非线性耗散项的量子比特的电磁环境的细节上的依赖。在第二部分中，将基于酉变换的微扰技术推广到连续驱动的情形。
2019-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Markovian Master Equation and Thermodynamics of Two-level System in Strong Laser Field
将弱耦合极限与Floquet形式相结合的方法应用于强激光场驱动下与热浴弱耦合的二能级原子模型。首先讨论了零温下单个电磁浴的情况，推导了共振荧光公式。该表达式描述了著名的莫洛三重态，但其细节不同于基于额外简化假设的标准三重态。第二个例子描述了两个热储层的情况：在有限温度下的电磁一个和第二个失相一个，它可以实现为声子或缓冲气体储层。它示出使用开发的apricical方法，后者系统可以工作在两个制度取决于失谐的迹象：一个热泵从移相水库的电磁浴运输热量或可以加热两者，总是在由激光场提供的工作的费用。
2013-02-05 quant-ph
Microscopic derivation of Open Quantum Walks
开放量子行走（OQWs）是完全由耗散驱动的，并且被公式化为底层图上的完全正迹保持（CPTP）映射。给出了离散和连续时间量子阱的微观推导。它被假定为连接的节点是弱相互作用通过一个共同的浴缸。由此产生的量子步行者在晶格上的简化主方程是广义主方程的形式。广义主方程的时间离散化导致OQWs形式主义。跃迁算符的显式形式在量子阱的动力学性质和环境的物理特性之间建立了联系。推导证明了一个圆的节点和有限链的节点上的OQW的例子。对于这两个例子之间的过渡扩散和弹道量子轨道观察到，并发现有关的浴的温度。
2015-10-06 quant-ph
Quantum Adiabatic Markovian Master Equations
我们从第一性原理发展适合于研究系统的时间演化的马尔可夫主方程，同时弱耦合到一个热浴。我们推导出两套方程的绝热极限，一个使用旋转波（世俗）近似，导致在主方程的Lindblad形式，其他没有旋转波近似，但不是在Lindblad形式。这两个方程根据是否包括兰姆位移而做出明显不同的预测。我们的分析跟踪与我们所做的各种近似相关联的各种时间和能量尺度，从而允许系统地包含高阶校正，特别是超过绝热极限。我们使用我们的形式主义研究伊辛自旋链在横向场的演化，并耦合到一个热玻色子浴，我们确定了四个不同的演化阶段。虽然我们不期望这是一个通用的功能，在这些阶段之一的耗散行为，以增加系统状态相对于绝热基态的保真度。
2015-11-02 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
Quantum master equation from the eigenstate thermalization hypothesis
该研究基于本征态热化假设推导了弱耦合混沌纯态浴系统的量子主方程，揭示马尔可夫性与局域细致平衡的产生机制，经数值验证并对比可积浴差异，拓展了开放量子系统理论的适用范围。
2025-09-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
Generalized master equation for modular exciton density transfer
针对由多个发色团弱相互作用模块组成的大规模捕光系统，导出了控制模块激子密度量子演化的广义主方程。GME-MED提供了一个实用的框架，将小尺度的实时相干量子动力学计算纳入大尺度的动力学中，而无需假设时间尺度分离或特定形式的模块内量子动力学。测试的GME-MED的四个网站的芬娜-马修斯-奥尔森复杂的激子群体在许多耦合发色团的相干动力学演示如何可以准确地描述由子组（模块）的离域激子之间的转换。
2013-11-08 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
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
Excess entropy production in quantum system: Quantum master equation approach
对于由量子主方程（QME）描述的开放系统，研究了准静态操作下非平衡稳态之间的超熵产生。平均熵产生由瞬时稳态熵产生率的时间积分和超熵产生组成。我们建议使用平均能量和粒子流来定义平均熵产生率，这些平均能量和粒子流是通过使用QME的全计数统计来计算的。过剩熵产生由控制参数空间中的线积分给出，其被积函数称为Berry-Sinitsyn-Nemenman（BSN）向量。在弱非平衡区，我们证明了BSN矢量可以用$\ln \breveρ_0$和$ρ_0$来描述，其中$ρ_0$是QME的瞬时稳态，$\breveρ_0$是通过反转Lamb位移项的符号得到的QME的瞬时稳态.如果系统的哈密顿量是非简并的或兰姆位移项可以忽略，则过剩熵产生近似地减少到系统的冯诺伊曼熵之间的差。此外，我们还指出，在经典Markov跳过程中得到的熵产生的表达式与我们的结果不同，并且表明它们仅在弱非平衡态下近似等价.
2017-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Deterministic Quantum Jump (DQJ) Method for Weakly Dissipative Systems
University of Hamburg（汉堡大学）；The Hamburg Center for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）
DQJ方法通过消除随机采样误差，在弱耗散系统中更高效地模拟量子跃迁。
2026-03-04 quant-ph
Testing the validity of the local and global GKLS master equations on an exactly solvable model
在推导多体弱相互作用开放量子系统的主方程时，耗散通常在每个分量上处理\textit{locally}，即忽略相干耦合，后者是后来"手工“添加的。虽然很简单，但由此产生的局部主方程（LME）是已知的不相容的。否则，通过在完全相互作用哈密顿量的能量基础上工作，总是可以获得一致的\textit{global}主方程（GME）。在这里，我们考虑一个两节点的“量子线”连接到两个热浴。得到了LME和GME的固定解，并与精确结果进行了基准测试。重要的是，在我们的模型中，GME的有效性受到潜在的长期近似的约束。无论何时这一点被打破（对于共振弱耦合节点），我们观察到，尽管LME在理论上有缺陷，但它：（a）预测正确的稳态，（b）产生精确的渐近热流，（c）可靠地反映节点之间的相关性。相比之下，GME在所有三项任务上都失败了。尽管如此，随着节点间耦合的增长，LME崩溃，而GME变得正确。因此，全局和局部方法可被视为最适合于不同参数制度的\textit{complementary}工具。
2017-09-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Adiabatic elimination for open quantum systems with effective Lindblad master equations
考虑由Lindblad型主方程描述的双时标开放量子系统.快时间尺度是强耗散的，并将系统推向低维消相干空间。为了进行绝热消除这种快速松弛，我们提出了一个几何渐近展开的基础上的小的正参数描述的时间尺度分离。这种扩展利用几何奇异摄动理论和中心流形技术。我们猜想，在任何顺序，它提供了一个有效的慢Lindblad主方程和一个完全积极的参数化的慢不变子流形与低维消相干自由空间。通过保留完整的正性和痕迹，两个重要的结构属性附加到开放的量子动力学，我们得到了一个降阶模型，直接传达了物理解释，因为它依赖于有效的Lindbladian描述的缓慢进化。在一阶，我们推导出简单的公式有效Lindblad主方程。对于一个特定类型的快速耗散，我们展示了如何任何哈密顿扰动产生Lindbladian二阶修正的一阶缓慢的演变所管辖的Zeno-Hamiltonian。这些结果说明了一个复合系统的强耗散谐振子，辅助，弱耦合到另一个量子系统。
2016-03-15 math.OC quant-ph
Fundamental limitations in Lindblad descriptions of systems weakly coupled to baths
在文献中，以Lindblad形式写下马尔可夫量子主方程来描述具有多个自由度并且弱连接到多个热浴的系统是非常常见的，这些热浴通常可以处于不同的温度和化学势。然而，微观导出的量子主方程的领导秩序在系统浴耦合是所谓的Redfield形式，这是已知的，在大多数情况下不保持完全的积极性。另外的近似Redfield方程需要获得Lindblad形式。我们对Redfield方程的任何进一步近似提出了一些基本要求，如果违反这些要求，将导致物理上的不一致，如能量本征基中的主阶粒子数和相干性的不准确性，热化的违反，非平衡稳态（NESS）下局部守恒律的违反。我们认为，这些条件中的一个或多个一般将被违反在所有弱系统浴耦合Lindblad描述现有的文献中，据我们所知。作为一个例子，我们研究了最近推导出的通用林德布拉德方程（ULE），并使用这些条件来显示违反当地的守恒律，由于不准确的相干性，但准确的人口在能量本征基。最后，我们在一个相互作用的开放量子自旋系统中数值验证了我们的分析结果。
2022-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Periodically driven quantum open systems: Tutorial
本文基于Floquet理论，对与热浴弱耦合的开放量子系统的主方程进行了简单的推导和讨论，并将其推广到周期性外部驱动的情形.此外，单个热浴被多个热浴代替。我们还提出了满足热力学第二定律的热流的定义，并将一般结果应用于一个简单的周期调制量子比特模型。
2012-05-21 quant-ph
From non-equilibrium Green's functions to quantum master equations for the density matrix and out-of-time-order correlators: steady state and adiabatic dynamics
我们考虑一个有限量子系统在慢驱动和弱耦合的热库在不同的温度。我们提出了一个系统的推导的量子主方程的密度矩阵和无序的关联函数。我们开始从微观哈密顿量，我们制定的方程统治这些数量的动态诉诸Schwinger-Keldysh非平衡格林函数形式主义，执行系统和水库之间的耦合微扰膨胀。我们专注于绝热动力学，这对应于考虑由于系统-储层耦合的弛豫时间和与驱动相关的时间尺度之间的比率的线性响应。我们计算粒子和能量通量。我们说明的形式主义的情况下，耦合到玻色子水库和一对相互作用的量子点连接到费米子水库，还讨论相干效应的相关性。
2021-03-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
On the derivation of the GKLS equation for weakly coupled systems
考虑了初始态因子分解后的小量子系统与贮库相互作用的约化动力学。我们提出了一个严格的推导GKLS主方程的弱耦合限制的一般浴，这是不假定有玻色子或费米子的性质，其参考状态不一定是热的。关键的假设是一个水库状态赋予的混合属性：相互作用的n点连接关联函数必须渐近有界的两点函数的产品（聚类属性）。
2017-09-19 math-ph math.MP quant-ph
Factorization rule for multitime correlations in non-Markovian open quantum systems
TU Dortmund（多特蒙德工业大学）
本文提出了一种精确的因子规则，用于非马尔可夫开放量子系统中的多时间相关函数，该规则将高阶多时间相关函数与低阶相关函数的乘积联系起来，从而在有限记忆时间下有效重建多时间相关函数，提高了数值计算的效率。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Non-Associativity Induced Modifications of Open-System Quantum Dynamics: General Master Equation and a Two-Qubit Ising Case Study
Koç University（科奇大学）；TÜBITAK Research Institute for Fundamental Sciences (TBEA)（土耳其科学与技术研究基金会基础科学研究所）；Sabanci University（萨贝里大学）
研究探讨非结合性对开放系统量子动力学的影响，推导出主方程并分析双量子位Ising模型中非结合性参数对纠缠、纯度和熵的影响。
2026-04-17 quant-ph
Invariant Neural Network Ansatz for weakly symmetric Open Quantum Lattices
我们考虑$d$维开量子晶格的时间演化是由一个主方程，这是弱对称的有限群$G$的作用下，这是一个子群的所有可能的排列的晶格网站。我们表明，只要稳定状态是唯一的，可以引入一个神经网络表示的系统密度算子，明确占系统的对称性，可以有效地通过探索参数空间的相关子空间进行优化。特别地，作为原理的证明，我们通过确定在均匀磁场存在下的一维耗散XYZ模型的稳态结构来证明我们的方法的有效性。
2021-05-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech quant-ph
Local master equations bypass the secular approximation
主方程是模拟纳米级热力学系统热流的重要工具。大多数实际设备是由相互作用的子系统组成的，并且通常使用局部主方程（LME）或全局主方程（GME）来建模。虽然LME或GME故障的极限情况很好理解，但存在一个“灰色区域”，其中两个方程可靠地捕获稳态热流，但预测非常不同的瞬态热流。在这种情况下，我们应该相信哪一个？在这里，我们表明，当涉及到动力学，本地的方法可以比弱相互作用的开放量子系统的整体更可靠。这是因为支撑GME的长期近似可以破坏关键的动力学特征。为了说明这一点，我们考虑一个最小的运输设置，并显示其LME显示异常点（EP）。这些奇异性已经在模型的超导电路实现中观察到[1]。然而，与实验证据形成鲜明对比的是，在全球方法中没有出现EP。然后，我们表明，EP是一个功能内置到Redfield方程，这是更准确的比LME和GME。最后，我们表明，当地的方法出现的弱相互作用限制的Redfield方程，它完全避免了长期的近似。
2021-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Biexponential decay and ultralong coherence of a single qubit
传统上，在久期近似下，研究了与热浴弱耦合的量子两态系统的Born-Markov态，其主方程为完全正的线性方程。尽管它的成功，这种微观方法只预测指数衰减和洛伦兹磁化率分布，在与一些实验结果不一致。为了离开这个有限的范例，我们使用一个唯象的正非线性主方程是在统计和理论上一致的。我们发现，超过温度依赖的阈值，在退相干时间$T_2$的分叉发生，它引起的双指数衰减和磁化率的配置文件既不是高斯也不是洛伦兹。这意味着，对于合适的初始状态，一个主要的延长的相干性，可以得到与最近的实验一致。此外，$T_2$不再受能量弛豫时间的限制，$T_1$提供了新的视角来精心制作用于量子信息处理的设备。
2015-11-18 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
Theoretical studies on quantum pump and excess entropy production: Quantum master equation approach
在这篇论文中，我们考虑了耦合到多个浴槽的量子系统。我们假设系统的状态由量子主方程（QME）控制。我们研究了量子泵和超熵产生。在论文的前半部分，我们采用量子主方程全计数统计方法（FCS-QME）研究了量子泵浦。在论文的后半部分，我们研究了超熵产生。平均熵产生由瞬时稳态熵产生率的时间积分和超熵产生组成。我们定义的平均熵产生率使用的平均能量和粒子流，这是通过使用QME的全计数统计计算。过剩熵产生由控制参数空间中的线积分给出，其被积函数称为Berry-Sinitsyn-Nemenman（BSN）向量。在弱非平衡区，我们证明了BSN矢量可以用$\ln ρ_0^{(-1)}$和$ρ_0$来描述，其中$ρ_0$是QME的瞬时稳态，$ρ_0^{(-1)}$是通过反转Lamb位移项的符号得到的QME的瞬时稳态.一般来说，潜在的不存在。不存在势的原因是量子效应（兰姆位移）和时间反演对称性的破缺。势的不存在意味着过量熵本质上取决于调制的路径。如果系统的哈密顿量是非简并的或兰姆位移项可以忽略，则过剩熵产生近似地减少到系统的冯诺伊曼熵之间的差。指出了经典Markov跳跃过程中熵产生的表达式与我们的结果不同，并证明了它们仅在弱非平衡状态下近似等价.
2020-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech 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
The Master Equation for Two-Level Accelerated Systems at Finite Temperature
在这项工作中，我们研究了两个弱耦合量子系统的行为，描述了一个可分离的密度算子，其中之一是一个单一的振荡器，代表一个微观系统，而另一个是一组振荡器执行的\emph{reservoir}在热平衡的作用。从刘维尔-冯诺依曼方程的约化密度算子，我们设计的主方程，管理的微观系统的演变，通过热场动力学形式主义，通过适当地重新定义宏观系统的真空，将温度的影响。作为应用，我们首先研究了费米振子在由一组费米振子组成的热浴中的行为以及原子与标量辐射场相互作用的二能级系统（被认为是\emph{reservoir}）的行为，通过构造相应的主方程来控制两个子系统在有限温度下的时间演化。最后，我们计算了原子和场的能量变化率，以及原子的布居水平，无论是在惯性的情况下，并在恒定的适当加速度，考虑作为一个原型的Unruh检测器的两个能级系统，允许耦合的辐射场。
2015-12-05 math-ph math.MP quant-ph
Electric current in a translation invariant environment
考虑了带电粒子与平移不变弱耦合环境相互作用的约化密度矩阵的主方程。电流由系统-环境相互作用重整化，导致在韧致辐射中的环境的直接签名。给出了无外电磁场时的一般解，并讨论了波包的传播和退相干。指出了密度矩阵边界条件的复杂性和重要性。
2023-03-05 quant-ph
A Diagrammatic Method for Non-Gaussian Photon Correlations in Weakly Coupled Atomic Ensembles
ARC Centre of Excellence for Engineered Quantum Systems（ARC 工程量子系统卓越中心）；The University of Sydney（悉尼大学）；Sydney Quantum Academy（悉尼量子学院）；Institute for Photonics and Optical Sciences (IPOS)（光子与光学科学研究所）
研究通过微扰图示展开揭示弱耦合原子团中光子非高斯相关性的产生机制，并通过模拟验证其预测的准确性。
2026-11-02 physics.optics quant-ph
Quantum jump Monte Carlo simplified: Abelian symmetries
本文研究了具有弱么正对称性的六维开放量子系统的马尔可夫动力学，当密度矩阵空间上的酉对称性的作用与控制动力学的主算子互换时。我们展示了如何通过构建主算子的弱对称表示来编码系统的量子随机动力学中的弱对称性：对称哈密顿算子和仅连接具有固定特征值比的对称本征空间的跳跃算子。反过来，这种表示简化了主算子的构造以及量子跳跃蒙特卡罗模拟，其中，对于对称的初始状态，系统状态的随机轨迹在一个单一的对称本征空间内支持的时间，这是只改变了一个不对称的跳跃算子的行动。我们的结果直接推广到多重阿贝尔弱对称的情况。
2021-04-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
The information about the state of a charge qubit gained by a weakly coupled quantum point contact
我们分析的信息，人们可以了解一个量子二能级系统的状态，即量子位，当探测附近的检测器弱。我们考虑一般情况下，量子比特的哈密顿量和量子比特的运营商探测的检测器不对易。由于量子比特的状态在被探测时不断演变，并且测量数据与探测器相关的背景噪声混合，因此在这种情况下，人们可能会期望探测器失败。然而，我们表明，在适当的条件下，并通过适当的分析测量数据的有用信息的初始状态的量子比特可以提取。我们的方法补充了通常的主方程和量子轨道方法，其描述了测量过程中量子位的量子态的演化，但不跟踪所获得的测量信息。
2009-12-17 cond-mat.other quant-ph
Bosonic quantum control with a weakly coupled fluxonium qubit
Université de Sherbrooke（舍布鲁克大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究针对玻色量子控制中辅助量子比特比特翻转的误差问题，以抗比特翻转通量量子比特为控制量子比特，在单模谐振器-通量量子比特器件中实现了保真度超99.9%的ECD门，还开发了相关模拟技术并提出改进的ECD序列。
2026-09-03 quant-ph
Topological signatures in a weakly dissipative Kitaev chain of finite length
我们构建了一个全球Lindblad主方程的Kitaev量子线的有限长度，弱耦合到一个任意数量的热浴，在Born-Markov和长期的近似。我们发现，耦合的外部浴到一个以上的晶格网站产生量子干涉效应，所产生的费米子隧道通过多个路径的可能性。在不同温度和/或化学势的两个浴中，稳态粒子流可以通过Landauer-Büttiker公式表示，就像在弹道输运装置中一样，增加了与Kitaev哈密顿量中$p$ -波配对相关的异常因子。这样的一个因素是受链的基态性质，被有关的有限大小相当于其Pfiran拓扑不变量。
2021-09-21 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Modified Bloch-Redfield Master Equation for Incoherent Excitation of Multilevel Quantum Systems
提出了一种计算与非相干光弱相互作用的多能级量子系统的密度矩阵随时间演化的有效理论方法。该方法结合了布洛赫-雷德菲尔德理论与单光子相干性的部分长期近似，导致在一个主方程，明确暴露依赖于跃迁速率和跃迁偶极矩之间的角度的能量基础。修正的布洛赫-雷德菲尔德主方程允许在非相干光照射下量子相干与非相干能量转移之间的明确区分。完全非相干制度的特点是正交跃迁偶极矩的能量基础，导致由相干自由保利型主方程的动力学演化。相干区要求能量基中存在非正交跃迁偶极矩，并导致噪声诱导的量子相干性和粒子数-相干耦合的产生。作为第一个应用，我们考虑了单基态非相干光激发下的激发态相干态的动力学，观察到了在小激发态分裂的情况下粒子数到相干态的转移和非平衡准稳态的形成。早期推导出的V型系统的分析表达式[Phys. Rev. Lett. 113，113601（2014）]被发现提供了在小分子和大分子限制下的多级激发态布居和相干态的几乎定量的描述。
2014-12-25 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
A Landau-Zener Lindblad equation and work extraction from coherences
我们表明，一个驱动的量子系统的动力学弱耦合到一个有限的水库可以近似的Landau-Zener跃迁的序列，如果水库的能级间距是足够大的。这种近似可以被公式化为一个重复的相互作用动力学，并导致一个量子主方程的驱动系统是Lindblad形式。通过与数值精确的全系统动力学的比较，验证了该方法。为了强调主方程中的一致性的作用，我们提出了一个模型系统，它表明，在它的存在下，可以从热储中提取工作，而如果相干消失，则无法提取工作。
2018-09-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherent population transfer between weakly-coupled states in a ladder-type superconducting qutrit
受激拉曼绝热通过（STIRAP）为非耦合态和弱耦合态之间的相干布居转移提供了显著的优势，具有实现高效量子门、量子比特纠缠和量子信息传输的潜力。在这里，我们报告的实现STIRAP在超导相位qutrit -一个梯形系统中，基态人口相干转移到第二激发态通过暗态子空间。这一结果与主方程的数值模拟结果吻合得很好，进一步证明了采用最先进的超导量子点，在保持第一激发态粒子数低于$1\%$的同时，转移效率很容易超过$99\%$.我们表明，通过STIRAP的人口转移是显着更强大的对实验参数的变化相比，通过传统的共振$π$脉冲方法。我们的工作为利用超导人造原子探索STIRAP进行量子信息处理开辟了新的途径。
2015-08-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Thermodynamics of coherent energy exchanges between lasers and two-level systems
本研究探究激光与二能级系统耦合体系的量子热力学，提出缀饰激光概念澄清功的转移机制，验证Crooks涨落定理，修正强驱动下的热力学不一致性并推导全驱动区间一致的新主方程。
2025-01-16 quant-ph
Efficient determination of the Markovian time-evolution towards a steady-state of a complex open quantum system
主方程常用于描述开放系统的时间演化。本文介绍了一种计算Nakajima-Zwanzig广义主方程的马尔可夫解的一般方法。我们这样做的时间依赖性运输的相互作用的电子通过一个复杂的纳米尺度系统中的光子腔。在Fock空间中，由120个多体态描述的中心系统与外部引线弱耦合。开放系统的非常不同的弛豫时间，反映了辐射或非辐射跃迁，需要通过许多数量级的时间演化的信息。在我们的方法中，广义主方程从多体Fock状态空间映射到Liouville过渡空间。我们表明，这将导致在一个线性方程，这是通过本征值分析，它提供的信息的稳定状态和时间演化的系统，精确地解决。
2017-05-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cold, dilute, trapped bosons as an open quantum system
我们提出了一个主方程的约化密度运营商为一个单一的冷，稀，弱相互作用玻色气体的捕获模式，我们得到了运营商的波动耗散关系中的金斯堡-朗道有效势起着物理上透明的作用。我们还确定了一个退相干效应，往往保持对称性，即使有效的潜力有一个“墨西哥帽”的形式。
1996-11-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum system dynamics with a weakly nonlinear Josephson junction bath
研究了由约瑟夫森结链组成的弱非线性约瑟夫森池对小量子系统（LC振荡器）动力学的影响。针对电荷能为最大能量标度的区域，在保持余弦势不变的情况下，微扰计算了Josephson浴的关联函数到Josephson能量除以电荷能的首阶.当充电能量沿链的变化确保浴关联函数的快速衰减时，可以通过马尔可夫主方程求解与约瑟夫森浴弱电容耦合的LC振荡器的动力学。我们分别建立了大荷电区和约瑟夫森能区之间的约瑟夫森浴的对偶关系。结果可以应用到的情况下，充电能量是不均匀的工程或无序的链。此外，我们发现，约瑟夫森浴可能成为非马尔可夫当温度增加超过零温度极限，浴关联函数得到移动一个常数，不随时间衰减。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Perturbative treatment of inter-site couplings in the local description of open quantum networks
考虑了一个相互弱耦合的量子点系统和一个或多个库（开放量子网络）的量子主方程的构造问题。量子主方程的微观推导需要网络的哈密顿量的对角化，这可能是一项困难的任务。当场间耦合较弱时，常采用忽略场间耦合对系统-水库耦合影响的局部方法。最近，有人对当地做法的一致性提出了一些疑问。我们开发了一个系统的微扰扩展，以获得修正的本地方法，并建立其有效性范围。使用这种扩展的本地方法，我们推导出一个特定的模型的热通量的表达式，并表明它不违反热力学第二定律。
2015-09-18 cond-mat.other quant-ph
Thermalization of a Lipkin-Meshkov-Glick model coupled to a bosonic bath
我们推导出一个Lindblad主方程，近似的Lipkin-Meshkov-Glick（LMG）模型弱耦合到玻色子浴的动力学。通过研究伴随主方程下的算子的时间演化，我们证明了，对于大的系统尺寸，这些运营商达到其热平衡期望值的长时间限制，我们计算的速度，在这些值接近。LMG模型的可积性在没有浴的情况下防止热化，我们的工作提供了一个明确的证明，浴确实恢复热化。强加热化在这个否则非热化模型概述了一条途径，对探测非常规的热力学性质预测发生在超冷原子为基础的实现LMG模型。
2019-08-16 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
