論文の概要: From Non-Markovian Dissipation to Spatiotemporal Control of Quantum Nanodevices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.11247v5
• Date: Wed, 17 Jan 2024 11:20:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-18 22:29:24.073254
• Title: From Non-Markovian Dissipation to Spatiotemporal Control of Quantum Nanodevices
• Title（参考訳）: 非マルコフ散逸から量子ナノデバイスの時空間制御へ
• Authors: Thibaut Lacroix, Brendon W. Lovett, Alex W. Chin
• Abstract要約: 環境に放出されるエネルギーを遠隔で回収して過渡的な励起・反応性状態を作り出す方法について検討する。 また、システム励起によって引き起こされる再組織が、機能的量子系の下流の運動論を質的かつ可逆的に変化させることができるかを特定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nanodevices exploiting quantum effects are critically important elements of future quantum technologies (QT), but their real-world performance is strongly limited by decoherence arising from local `environmental' interactions. Compounding this, as devices become more complex, i.e. contain multiple functional units, the `local' environments begin to overlap, creating the possibility of environmentally mediated decoherence phenomena on new time-and-length scales. Such complex and inherently non-Markovian dynamics could present a challenge for scaling up QT, but -- on the other hand -- the ability of environments to transfer `signals' and energy might also enable sophisticated spatiotemporal coordination of inter-component processes, as is suggested to happen in biological nanomachines, like enzymes and photosynthetic proteins. Exploiting numerically exact many body methods (tensor networks) we study a fully quantum model that allows us to explore how propagating environmental dynamics can instigate and direct the evolution of spatially remote, non-interacting quantum systems. We demonstrate how energy dissipated into the environment can be remotely harvested to create transient excited/reactive states, and also identify how reorganisation triggered by system excitation can qualitatively and reversibly alter the `downstream' kinetics of a `functional' quantum system. With access to complete system-environment wave functions, we elucidate the microscopic processes underlying these phenomena, providing new insight into how they could be exploited for energy efficient quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子効果を利用するナノデバイスは将来の量子技術(QT)の重要な要素であるが、その実世界の性能は局所的な「環境」相互作用から生じるデコヒーレンスによって強く制限されている。 複数の機能ユニットを含むデバイスが複雑化するにつれて、ローカルな環境が重なり始め、新しい時間と長さのスケールで環境に媒介するデコヒーレンス現象が発生する可能性がある。 このような複雑で本質的に非マルコフ力学は、QTのスケールアップに挑戦する可能性があるが、一方では、酵素や光合成タンパク質のような生物学的ナノマシンで起こることが示唆されるように、環境が「シグナル」とエネルギーを伝達する能力も、コンポーネント間プロセスの時空間的調整を可能にする可能性がある。 数値的に正確な多くのボディ・メソッド(テンソル・ネットワーク)を探索し、空間的に離れた非相互作用量子系の進化を伝播する環境力学をどのように推し進めるかを探求する。 本研究では, 環境に散逸するエネルギーを遠隔で収穫し, 過渡的な励起・反応性状態を生成することを実証し, また, 系の励起によって引き起こされる再編成が, 「機能」量子系の「ダウンストリーム」運動を質的かつ可逆的に変化させる可能性を明らかにする。 完全なシステム環境波動関数へのアクセスにより、これらの現象の基礎となる顕微鏡プロセスが解明され、エネルギー効率のよい量子デバイスにどのように活用できるかの新しい知見が得られた。

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