論文の概要: Beyond The Fermi's Golden Rule: Discrete-Time Decoherence Of Quantum
Mesoscopic Devices Due To Bandlimited Quantum Noise
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.02952v2
- Date: Mon, 18 Sep 2023 11:41:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-20 01:51:18.056122
- Title: Beyond The Fermi's Golden Rule: Discrete-Time Decoherence Of Quantum
Mesoscopic Devices Due To Bandlimited Quantum Noise
- Title（参考訳）: フェルミの黄金律を超えて:帯域制限量子ノイズによる量子メソスコピックデバイスの離散時間デコヒーレンス
- Authors: Evgeny A. Polyakov
- Abstract要約: メソスコピックデバイスに作用する量子ノイズ(QN)は通常帯域制限されているという事実を利用する方法を示す。
実時間散逸量子運動は、有界結合次元を持つ離散時間行列積状態の自然な構造を持つ。
これにより、新しいテキスト帯域制限入力出力形式と、オープン量子系のリアルタイム動作のための量子ジャンプモンテカルロシミュレーション技術が導かれる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We are at the midst of second quantum revolution where the mesoscopic quantum
devies are actively employed for technological purposes. Despite this fact, the
description of their real-time dynamics beyond the Fermi's golden rule remains
a formiddable theoretical problem. This is due to the rapid spread of
entanglement within the degrees of freedom of the surrounding environment. This
is accompanied with a quantum noise (QN) acting on the mesoscopic device. In
this work we propose a possible way out: to exploit the fact that this QN is
usually bandlimited. This is because its spectral density is often contained in
peaks of localized modes and resonances, and may be constrained by bandgaps.
Inspired by the Kotelnikov sampling theorem from the theory of classical
bandlimited signals, we put forward and explore the idea that when the QN
spectral density has effective bandwidth $B$, the quantum noise becomes a
discrete-time process, with an elementary time step $\tau\propto B^{-1}$. After
each time step $\tau$, one new QN degree of freedom (DoF) gets coupled to the
device for the first time, and one new QN DoF get irreversibly decoupled. Only
a bounded number of QN DoFs are significantly coupled at any time moment. We
call these DoFs the \textit{Kotelnikov modes}. As a result, the real-time
dissipative quantum motion has a natural structure of a discrete-time matrix
product state, with a bounded bond dimension. This yields a microscopically
derived collision model. The temporal entanglement entropy appears to be
bounded (area-law scaling) in the frame of Kotelnikov modes. The irreversibly
decoupled modes can be traced out as soon as they occur during the real-time
evolution. This leads to a novel\textit{bandlimited} input-output formalism and
to quantum jump Monte Carlo simulation techniques for real-time motion of open
quantum systems. We illustrate this idea on a spin-boson model.
- Abstract（参考訳）: 我々は第2次量子革命の最中にあり、メソスコピック量子デヴォイが技術目的に積極的に採用されている。
この事実にもかかわらず、フェルミの黄金律以外のリアルタイム力学の記述は、恐ろしい理論上の問題のままである。
これは周囲の環境の自由度内での絡み合いの急速な広がりによるものである。
これは、メソスコープデバイスに作用する量子ノイズ(QN)を伴う。
本研究では,このQNが一般に帯域制限されているという事実を活用する方法を提案する。
これは、スペクトル密度がしばしば局所的なモードや共鳴のピークに含まれ、バンドギャップによって制約されるためである。
古典的帯域制限信号の理論によるコテルニコフサンプリング定理に触発されて、qnスペクトル密度が有効な帯域幅 b$ を持つとき、量子ノイズは離散時間プロセスとなり、初歩的な時間ステップ $\tau\propto b^{-1}$ となるというアイデアを探求した。
各ステップが$\tau$になると、新しいQN自由度(DoF)が初めてデバイスに結合され、新しいQN自由度(DoF)が不可逆的に分離される。
QN DoFの有界数のみが、任意の時点において著しく結合される。
これらの dof を \textit{kotelnikov modes} と呼ぶ。
その結果、実時間散逸量子運動は、有界結合次元を持つ離散時間行列積状態の自然な構造を持つ。
これにより、顕微鏡的に導出した衝突モデルが得られる。
時間的絡み合いエントロピーは、コテルニコフモードのフレームで境界付けられた(領域ロースケーリング)ように見える。
不可逆的に分離されたモードは、リアルタイム進化中に起こるとすぐに追跡できる。
これにより、新しい\textit{bandlimited}入力出力形式と、オープン量子システムのリアルタイム動作のための量子ジャンプモンテカルロシミュレーション技術が導かれる。
このアイデアをスピンボソンモデルで説明する。
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