論文の概要: Nonequilibrium Steady State and Heat Transport in Nonlinear Open Quantum Systems: Stochastic Influence Action and Functional Perturbative Analysis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2006.14024v2
• Date: Fri, 11 Sep 2020 15:52:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-12 22:18:08.639949
• Title: Nonequilibrium Steady State and Heat Transport in Nonlinear Open Quantum Systems: Stochastic Influence Action and Functional Perturbative Analysis
• Title（参考訳）: 非線形オープン量子系の非平衡定常状態と熱輸送:確率的影響作用と機能的摂動解析
• Authors: Jing Yang, Jen-Tsung Hsiang, Andrew N. Jordan, and B. L. Hu
• Abstract要約: 非平衡定常状態 (NESS) は、非線形性の弱い開量子系において遅くまで存在することを示す。 我々の摂動計算は非線形開量子系に対する非線形性の強さの尺度を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.1107829449852966
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this paper, we show that a nonequilibrium steady state (NESS) exists at late times in open quantum systems with weak nonlinearity by following its nonequilibrium dynamics with a perturbative analysis. Here we consider an oscillator chain containing three-types of anharmonicity in the Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT) model: cubic $\alpha$- and quartic $\beta$-type nearest-oscillator interactions and the on-site (pinned) Klein-Gordon (KG) quartic self-interaction. Assuming weak nonlinearity, we introduce a stochastic influence action approach to the problem and obtain the energy flow in different junctures of the chain. The formal results obtained here can be used for quantum transport problems in weakly nonlinear quantum systems. For $\alpha$-type anharmonicity, we observe that the first-order corrections do not play any role in the thermal transport in the NESS of the configuration we considered. For KG and $\beta$-types anharmonicity, we work out explicitly the case of two weakly nonlinearly coupled oscillators, with results scalable to any number of oscillators. We examine the late-time energy flows from one thermal bath to the other via the coupled oscillators, and show that both the zeroth- and the first-order contributions of the energy flow become constant in time at late times, signaling the existence of a late-time NESS to first order in nonlinearity. Our perturbative calculations provide a measure of the strength of nonlinearity for nonlinear open quantum systems, which may help control the mesoscopic heat transport distinct from or close to linear transport. Furthermore, our results also give a benchmark for the numerical challenge of simulating heat transport. Our setup and predictions can be implemented and verified by investigating heat flow in an array of Josephson junctions in the limit of large Josephson energy with the platform of circuit QED.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,非平衡定常状態 (ness) が非線形性が弱い開量子系において,摂動解析による非平衡ダイナミクスに従うことで,後期に存在することを示す。 ここでは、フェルミ・パスタ・ウラム・ツィー(FPUT)モデルにおける3種類の非調和性を含む発振器鎖について考察する:立方体$\alpha$-およびクォート$\beta$-型近接振動子相互作用とオンサイトKlein-Gordon(KG)クォート自己相互作用。 弱非線形性を仮定し、この問題に対する確率的影響作用アプローチを導入し、鎖の異なる結合におけるエネルギーの流れを得る。 ここで得られる公式な結果は、弱い非線形量子系の量子輸送問題に利用できる。 α$-型無調和性については、一階補正が、我々が考慮した構成の安定性において熱輸送に何の役割も果たさないことを観察する。 KG と $\beta$-types の非調和性については、2 つの弱い非線形結合振動子の場合を明確に検討し、その結果は任意の振動子に対してスケーラブルである。 結合発振器を用いて1つの熱浴からもう1つの熱浴への遅延エネルギー流を解析し、その0階および1階のエネルギー流の寄与が遅くとも一定であることを示し、遅延NESSの存在を非線形性において一階に示す。 我々の摂動計算は非線形開量子系の非線形性の強さを測るもので、線形輸送とは異なる、あるいは近いメソスコピック熱輸送を制御するのに役立つ。 さらに, 熱輸送シミュレーションにおける数値的課題のベンチマークも行った。 我々の設定と予測は、回路QEDのプラットフォームによる大きなジョセフソンエネルギーの限界におけるジョセフソン接合の配列における熱流を調査し、検証することができる。

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