边界驱动的量子系统近芝诺极限:稳态与长时间行为
该研究团队考察了具有有限维态空间ℋAB=ℋA⊗ℋB的复合开放量子系统,其演化遵循林德布拉德方程d/dt ρ(t)=ℒγρ(t),其中ℒγρ=−i[H,ρ]+γ𝒟ρ。这里H是作用于ℋAB的哈密顿量,𝒟=𝒟A⊗𝟙是仅非平凡作用于系统A部分(可视为边界)的耗散算符,γ为参数。已知当接近量子芝诺极限γ→∞时,动力学过程会简化:在γ−1量级的初始时间后,ρ(t)可被πA⊗R(t)良好近似,其中πA是满足𝒟AπA=0的ℋA上密度矩阵,R(t)则是d/dt R(t)=ℒP,γR(t)的近似解,ℒP,γR:=−i[HP,R]+γ−1𝒟PR包含ℋB上的哈密顿量HP和作用于ℋB密度矩阵的林德布拉德生成元𝒟P。 研究团队在比前人工作更普遍的条件下严格证明了这个结论,仅需假设𝒟A具有遍历性和能隙特性。通过精确控制误差项,研究人员发现ℒγ与ℒP,γ的混合时间在芝诺极限附近存在紧密关联。然而演化近似描述的误差会在γ2量级时间上累积,使得难以通过研究ℒP,γ直接获取ℒγ的稳态ρ¯γ。 为更好控制长时间行为(特别是稳态ρ¯γ),研究人员引入了第三个不依赖γ但仍与ℒγ、ℒP,γ密切相关的林德布拉德生成元𝒟P♯。研究证明若𝒟P♯具有遍历性和能隙特性,则对于所有大γ值,ℒγ和ℒP,γ也具备相同性质。此时若ρ¯γ表示ℒγ的唯一稳态,则limγ→∞ρ¯γ=πA⊗R¯(R¯为𝒟P♯的唯一稳态)。团队进一步给出了迹范数收敛的展开式ρ¯γ=πA⊗R¯+γ−1∑k=0∞γ−kn¯k,其中定义n¯−1:=πA⊗R¯时,对任意k⩾0有𝒟n¯k=−i[H,n¯k−1]。利用𝒟P和𝒟P♯的特性,研究人员证明该方程组存在唯一解并验证了收敛性,最后通过可显式求解的简单算例进行了演示。
量科快讯
18 小时前
1 天前
1 天前

