纳米科学中的退相干挑战:量子相空间的视角

“量子退相干”——即量子系统通过与环境的相互作用丧失相干性并呈现经典特性的过程,既是量子-经典转变的基本机制,也是实现可扩展纳米级量子技术的主要挑战。该研究团队提出了一种基于量子相空间(QPS)的新理论框架,以解决表征环境选择指针态与跨区域退相干动力学建模的双重挑战。在此框架中,粒子运动的指针态被确定为最小不确定态(饱和量子不确定关系的状态),从而构成最接近经典相空间点的量子类比。研究表明,编码在方差-协方差矩阵中的QPS结构直接由环境属性塑造:时间无关矩阵对应马尔可夫(无记忆)退相干(表现为恒定扩散和摩擦系数),而时间相关矩阵则捕捉具有环境记忆和信息回流的非马尔可夫动力学。这种适用于林德布拉德和非马尔可夫主方程的统一几何形式,使研究人员能够推导环境参数与相空间结构间的显式关系(如具体示例所示)。该方法有望成为纳米科学中退相干建模的强大工具,并为设计缓解策略和利用非马尔可夫效应提供新原理。QPS框架或将成为基础理论与实用量子工程间的桥梁,为在纳米科学前沿理解、控制和利用退相干提供一条极具前景的相干路径。

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提交arXiv: 2025-12-25 21:41

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