論文の概要: Improved Efficiency of Open Quantum System Simulations Using Matrix
Products States in the Interaction Picture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.14308v1
- Date: Mon, 29 Nov 2021 02:42:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-06 09:57:14.717746
- Title: Improved Efficiency of Open Quantum System Simulations Using Matrix
Products States in the Interaction Picture
- Title（参考訳）: 相互作用図における行列積状態を用いた開量子システムシミュレーションの効率改善
- Authors: Kai T. Liu, David N. Beratan, Peng Zhang
- Abstract要約: 開量子系の理論は、凝縮物質理論、空洞量子力学、ナノサイエンス、生物物理学において価値がある。
開放量子系をシミュレーションする計算コストは、浴槽が高次の量子状態に励起されるときに高いままである。
このような場合の計算コストを削減するためのアプローチを開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7530059578901147
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Modeling open quantum systems -- quantum systems coupled to a bath -- is of
value in condensed matter theory, cavity quantum electrodynamics, nanosciences
and biophysics. The real-time simulation of open quantum systems was advanced
significantly by the recent development of chain mapping techniques and the use
of matrix product states that exploit the intrinsic entanglement structure in
open quantum systems. The computational cost of simulating open quantum
systems, however, remains high when the bath is excited to high-lying quantum
states. We develop an approach to reduce the computational costs in such cases.
The interaction representation for the open quantum system is used to
distribute excitations among the bath degrees of freedom so that the occupation
of each bath oscillator is ensured to be low. The interaction picture also
causes the matrix dimensions to be much smaller in a matrix product state of a
chain-mapped open quantum system than in the Schr\"odinger picture. Using the
interaction representation accelerates the calculations by 1-2 orders of
magnitude over existing matrix-product-state method. In the regime of strong
system-bath coupling and high temperatures, the speedup can be as large as 3
orders of magnitude. The approach developed here is especially promising to
simulate the dynamics of open quantum systems in the high-temperature and
strong-coupling regimes.
- Abstract（参考訳）: オープン量子系 - 浴槽に結合した量子系 - のモデリングは、凝縮物質理論、空洞量子力学、ナノサイエンス、生物物理学において価値がある。
開量子系の実時間シミュレーションは、近年のチェーンマッピング技術の発展と、開量子系の内在的絡み合い構造を利用する行列積状態の利用によって大幅に進歩した。
しかし、開量子系をシミュレーションする計算コストは、浴槽が高次量子状態に励起されると高いままである。
このような場合の計算コストを削減する手法を開発した。
オープン量子系の相互作用表現を用いて、各バス発振器の占有が低くなるように、自由度の浴間で励起を分配する。
相互作用の図はまた、チェインマップの開量子系の行列積状態において、schr\"odinger図よりも行列の次元がはるかに小さくなる。
相互作用表現を用いることで、既存の行列-積状態法よりも1-2桁の計算を加速する。
強固なシステムバスカップリングと高温の環境では、スピードアップは最大で3桁のマグニチュードを持つことができる。
ここで開発されたアプローチは、高温かつ強結合状態における開量子系のダイナミクスをシミュレートすることを特に有望である。
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