論文の概要: Open quantum dynamics theory for a complex subenvironment system with a
quantum thermostat: Application to a spin heat bath
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.13277v1
- Date: Fri, 26 Nov 2021 00:06:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-06 19:57:11.021604
- Title: Open quantum dynamics theory for a complex subenvironment system with a
quantum thermostat: Application to a spin heat bath
- Title（参考訳）: 量子サーモスタットを用いた複雑なサブ環境系の開量子ダイナミクス理論:スピン熱浴への応用
- Authors: Kiyoto Nakamura and Yoshitaka Tanimura
- Abstract要約: 分子行列や生体材料のような複雑な環境は、凝縮相における多くの重要な動的過程において基本的な役割を果たす。
1次元の$XXZ$スピン鎖からなるサブ環境と相互作用する2レベル系の力学について述べる。
運動の階層的なシュル「オーディンガー方程式」は量子サーモスタットを記述するために用いられ、任意の温度での力学の時間可逆シミュレーションを可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Complex environments, such as molecular matrices and biological material,
play a fundamental role in many important dynamic processes in condensed
phases. Because it is extremely difficult to conduct full quantum dynamics
simulations on such environments due to their many degrees of freedom, here we
treat in detail the environment only around the main system of interest (the
subenvironment), while the other degrees of freedom needed to maintain the
equilibrium temperature are described by a simple harmonic bath, which we call
a quantum thermostat. The noise generated by the subenvironment is spatially
non-local and non-Gaussian and cannot be characterized by the
fluctuation-dissipation theorem. We describe this model by simulating the
dynamics of a two-level system (TLS) that interacts with a subenvironment
consisting of a one-dimensional $XXZ$ spin chain. The hierarchical
Schr\"odinger equations of motion are employed to describe the quantum
thermostat, allowing time-irreversible simulations of the dynamics at arbitrary
temperature. To see the effects of a quantum phase transition of the
subenvironment, we investigate the decoherence and relaxation processes of the
TLS at zero and finite temperatures for various values of the spin anisotropy.
We observed the decoherence of the TLS at finite temperature, even when the
anisotropy of the $XXZ$ model is enormous. We also found that the population
relaxation dynamics of the TLS changed in a complex manner with the change of
the anisotropy and the ferromagnetic or antiferromagnetic orders of the spins.
- Abstract（参考訳）: 分子行列や生体材料のような複雑な環境は、凝縮相における多くの重要な動的過程において基本的な役割を果たす。
自由度が多すぎるため、そのような環境上で完全な量子力学シミュレーションを行うのは非常に困難であるため、ここでは主系(副環境)の周囲のみの環境を詳細に扱い、平衡温度を維持するのに必要な他の自由度は単純な調和浴(量子サーモスタット)で記述する。
サブ環境によって発生するノイズは空間的に非局所的かつ非ガウス的であり、ゆらぎ散逸定理では特徴づけられない。
このモデルは, 1次元の$XXZ$スピン鎖からなるサブ環境と相互作用する2レベルシステム(TLS)の力学をシミュレーションすることによって記述する。
運動の階層的なシュリンガー方程式は量子サーモスタットを記述するために用いられ、任意の温度での力学の時間可逆シミュレーションを可能にする。
サブ環境の量子相転移の影響を調べるため、スピン異方性の様々な値に対して、TLSの0および有限温度における脱コヒーレンスと緩和過程について検討する。
我々は,$XXZ$モデルの異方性が巨大である場合でも,TLSの有限温度でのデコヒーレンスを観察した。
また、TLSの個体群緩和ダイナミクスは、異方性の変化とスピンの強磁性あるいは反強磁性の順序によって複雑に変化することがわかった。
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