論文の概要: Dynamical Mean-Field Theory for Markovian Open Quantum Many-Body Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2008.02563v2
- Date: Thu, 8 Apr 2021 10:25:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-07 00:08:55.437609
- Title: Dynamical Mean-Field Theory for Markovian Open Quantum Many-Body Systems
- Title（参考訳）: マルコフ開量子多体系の力学平均場理論
- Authors: Orazio Scarlatella, Aashish A. Clerk, Rosario Fazio and Marco Schir\'o
- Abstract要約: 非平衡ボソニックな力学平均場理論をマルコフ開量子系に拡張する。
第一の応用として、二体損失と非コヒーレントポンプを有する駆動散逸型Bose-Hubbardモデルの定常状態について述べる。
- 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: Open quantum many body systems describe a number of experimental platforms
relevant for quantum simulations, ranging from arrays of superconducting
circuits to ultracold atoms in optical lattices. Their theoretical
understanding is hampered by their large Hilbert space and by their intrinsic
nonequilibrium nature, limiting the applicability of many traditional
approaches. In this work we extend the nonequilibrium bosonic Dynamical Mean
Field Theory (DMFT) to Markovian open quantum systems. Within DMFT, a Lindblad
master equation describing a lattice of dissipative bosonic particles is mapped
onto an impurity problem describing a single site embedded in its Markovian
environment and coupled to a self-consistent field and to a non-Markovian bath,
where the latter accounts for finite lattice connectivity corrections beyond
Gutzwiller mean-field theory. We develop a non-perturbative approach to solve
this bosonic impurity problem, which treats the non-Markovian bath in a
non-crossing approximation. As a first application, we address the steady-state
of a driven-dissipative Bose-Hubbard model with two-body losses and incoherent
pump. We show that DMFT captures hopping-induced dissipative processes,
completely missed in Gutzwiller mean-field theory, which crucially determine
the properties of the normal phase, including the redistribution of
steady-state populations, the suppression of local gain and the emergence of a
stationary quantum-Zeno regime. We argue that these processes compete with
coherent hopping to determine the phase transition towards a non-equilibrium
superfluid, leading to a strong renormalization of the phase boundary at
finite-connectivity. We show that this transition occurs as a finite-frequency
instability, leading to an oscillating-in-time order parameter, that we connect
with a quantum many-body synchronization transition of an array of quantum van
der Pol oscillators.
- Abstract（参考訳）: オープン量子多体系は、超伝導回路の配列から光学格子内の超低温原子まで、量子シミュレーションに関連する多くの実験プラットフォームを記述する。
彼らの理論的な理解は、その大きなヒルベルト空間と固有の非平衡性によって妨げられ、多くの伝統的なアプローチの適用性を制限する。
本研究では、非平衡ボソニック力学平均場理論(DMFT)をマルコフ開量子系に拡張する。
DMFTの中で、散逸性ボゾン粒子の格子を記述するリンドブラッドのマスター方程式は、マルコフ環境に埋め込まれ、自己整合体と非マルコフ浴に結合した単一部位を記述する不純物問題に写像される。
我々は,このボソニック不純物問題に対する非摂動的アプローチを開発し,非交叉近似で非マルコフ浴を扱う。
第一の応用として、二体損失と非コヒーレントポンプを有する駆動散逸型Bose-Hubbardモデルの定常状態について述べる。
DMFTはホッピング誘起散逸過程を捉えるが、これはグッツウィラー平均場理論では欠落しており、定常状態の集団の再分配、局所的な利得の抑制、静止量子-ゼーノ状態の出現など、通常の位相の性質を決定づけている。
これらの過程は非平衡超流動への相転移を決定するためにコヒーレントホッピングと競合し、有限結合性における相境界の強い再正規化をもたらす。
我々は、この遷移が有限周波数不安定性として起こることを示し、この遷移は、量子ファンデルポル振動子の配列の量子多体同期遷移と接続する振動時間秩序パラメータをもたらすことを示した。
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