开放量子系统与大正则系综
著名的Lindblad方程主导着开放量子系统中密度算符的非幺正时间演化。该方程通常从大系统的冯·诺伊曼方程推导而来——在给定物理条件下,当明确区分出子系统后,系统剩余部分作为环境自由度被追踪求迹。对于粒子数可变的子系统,其平衡态密度算符由著名的巨正则吉布斯态给出。因此在这种情况下求解Lindblad方程,应无需额外假设即可自动得到统计平衡极限下的对应密度算符。
然而当前关于变粒子数Lindblad方程的研究均先验假设巨正则吉布斯态:化学势是外部强加而非从第一性原理推导得出,故对应密度算符并非作为方程的自然解获得。该工作研究了巨正则统计力学与Lindblad方程推导的相容性问题,提出了一种与现有文献互补的新方法——采用包含μN项的系统广义哈密顿量。在前期论文中,这个经验上广为人知的项已针对平衡态情形从冯·诺伊曼方程形式化导出。
将μN项纳入系统哈密顿量后,可得到修正的Lindblad方程。该方程能以自然解形式给出巨正则态,意味着所有相关量都源自系统内在物理机制,无需任何外部假设。
