开放量子动力学中的分数阶微积分框架:从Liouville到Lindblad再到记忆核

开放量子系统展现出从纯粹幺正演化到不可逆耗散弛豫的动力学特征。Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad(GKSL)方程独特地刻画了完全正定且保迹(CPTP)的马尔可夫动力学,然而诸多物理系统表现出超出半群演化范围的代数弛豫、相干性回流等非马尔可夫特征。分数阶微积分通过引入幂律时间核函数,为描述这类长记忆行为提供了天然框架。本文建立了将分数阶量子主方程嵌入开放系统动力学更广领域的统一层次结构:分数阶主方程构成记忆核模型的结构化子类,在单位分数阶时退化为GKSL形式。借助Bochner-Phillips从属方法,分数阶演化可表示为按幂律等待时间分布加权的Lindblad半群平均。该构造保证了物理自洽性,解释了长时间衰减的代数起源,并连接了幺正、马尔可夫及结构化非马尔可夫三类动力学机制。最终框架将分数阶微积分确立为具有本征记忆量子动力学的严格统一语言,为理论分析和量子模拟开辟了新方向。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-11-17 06:35

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