論文の概要: Adiabatic quantum decoherence in many non-interacting subsystems induced by the coupling with a common boson bath

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/1912.12993v4
• Date: Tue, 19 Oct 2021 02:43:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-17 03:10:10.417887
• Title: Adiabatic quantum decoherence in many non-interacting subsystems induced by the coupling with a common boson bath
• Title（参考訳）: 共沸浴とのカップリングにより誘導される多くの非相互作用サブシステムにおける断熱的量子デコヒーレンス
• Authors: H. H. Segnorile, C. E. Gonz\'alez and R. C. Zamar
• Abstract要約: この研究は、開量子系理論の枠組みにおけるボソン場と結合した多体スピン系の量子断熱デコヒーレンスに対処する。 我々は、相互作用しないサブシステムの分割を表すハミルトニアン系の相互作用を考えることによって、従来のスピンボソンモデルを一般化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This work addresses quantum adiabatic decoherence of many-body spin systems coupled with a boson field in the framework of open quantum systems theory. We generalize the traditional spin-boson model by considering a system-environment interaction Hamiltonian that represents a partition of non-interacting subsystems and highlights the collective correlation that appears exclusively due to the coupling with a common environment. Remarkably, this simple, exactly solvable model encompasses relevant aspects of a many-body open quantum system and features the subtle quantum effects that arise when the size scales up to a macroscopic level. We derive an analytical expression for the time dependence of the density matrix without assuming coarse-graining. The resulting decoherence function is eigen-selective and is a complex exponential whose exponent has a real part that introduces a decay similar to that in the spin-boson model. On the contrary, the imaginary part depends on the quantum numbers and geometry of the whole partition and does not reflect the system temperature. Motivated by decoherence in solid-state NMR we apply the theoretical results to a partition of dipole-coupled spin pairs in contact with a common phonon bath, using typical parameters of hydrated salts. The proposal allows estimating the decoherence time scale in terms of the system physical constants. As a significant novelty, the decoherence function phase depends on the eigenvalue distribution throughout the sample. It plays the leading role, overshadowing the mechanism associated with the bath thermal state. Finally, we apply the formalism to describe decoherence in the "magic echo" NMR reversal experiment. We find that the system-environment correlation explains the origin of irreversibility, and both the decoherence rate value and its dependence on the dipolar frequency, are remarkably similar to the experiment.
• Abstract（参考訳）: この研究は、開量子系理論の枠組みにおけるボソン場と結合した多体スピン系の量子断熱デコヒーレンスに対処する。 我々は、非相互作用サブシステムの分割を表すシステム-環境相互作用を考慮した従来のスピンボソンモデルを一般化し、共通環境との結合によってのみ現れる集合相関を強調する。 注目すべきは、この単純で正確に解けるモデルは、多体オープン量子系の関連する側面を包含し、大きさがマクロレベルのスケールで生じる微妙な量子効果を特徴とする。 粗粒化を仮定することなく, 密度行列の時間依存性の解析式を導出する。 結果として生じるデコヒーレンス関数は固有選択的であり、指数がスピン-ボソンモデルに類似した崩壊をもたらす実部を持つ複素指数関数である。 それとは逆に、想像的部分はパーティション全体の量子数と幾何学に依存し、システム温度を反映しない。 固体NMRにおけるデコヒーレンスによって動機付けられた理論結果は、水和塩の典型的なパラメータを用いて、一般的なフォノン浴と接触する双極子結合スピン対の分配に応用する。 この提案により、システムの物理的定数の観点からデコヒーレンス時間スケールを推定できる。 重要な新規性として、デコヒーレンス関数の位相はサンプル全体の固有値分布に依存する。 風呂の熱状態に関連したメカニズムを覆い隠して、主要な役割を担っている。 最後に、「魔法のエコー」NMR逆転実験におけるデコヒーレンスを記述するためにフォーマリズムを適用した。 システム環境相関は非可逆性の起源を説明でき,デコヒーレンス率とその双極子周波数依存性は実験と非常によく似ていることがわかった。

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