論文の概要: Thermodynamics of Permutation-Invariant Quantum Many-Body Systems: A
Group-Theoretical Framework
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.12639v1
- Date: Sat, 25 Jun 2022 12:48:49 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-08 02:06:10.041391
- Title: Thermodynamics of Permutation-Invariant Quantum Many-Body Systems: A
Group-Theoretical Framework
- Title（参考訳）: 置換不変量子多体系の熱力学:群論的枠組み
- Authors: Benjamin Yadin, Benjamin Morris, Kay Brandner
- Abstract要約: 区別不可能な粒子の量子系は、一般的に第二量子化の形式主義を用いて記述される。
コヒーレンスによって引き起こされる超放射能のような多体効果は、成分が根本的に区別できないシステムでも生じることがある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum systems of indistinguishable particles are commonly described using
the formalism of second quantisation, which relies on the assumption that any
admissible quantum state must be either symmetric or anti-symmetric under
particle permutations. Coherence-induced many-body effects such as
superradiance, however, can arise even in systems whose constituents are not
fundamentally indistinguishable as long as all relevant dynamical observables
are permutation-invariant. Such systems are not confined to symmetric or
anti-symmetric states and therefore require a different theoretical approach.
Focusing on non-interacting systems, here we combine tools from representation
theory and thermodynamically consistent master equations to develop such a
framework. We characterise the structure and properties of the steady states
emerging in permutation-invariant ensembles of arbitrary multi-level systems
that are collectively coupled to a thermal environment. As an application of
our general theory, we further explore how these states can in principle be
used to enhance the performance of quantum thermal machines. Our
group-theoretical framework thereby makes it possible to analyse various
limiting cases that would not be accessible otherwise. In addition, it allows
us to show that the properties of multi-level ensembles differ qualitatively
from those of spin ensembles, which have been investigated earlier using the
standard Clebsch-Gordan theory. Our results have a large scope for future
generalisations and pave the way for systematic investigations of collective
effects arising from permutation-invariance in quantum thermodynamics.
- Abstract（参考訳）: 区別不能な粒子の量子系は、任意の許容可能な量子状態が粒子置換の下で対称または反対称でなければならないという仮定に依存する第二量子化の形式主義を用いて一般的に記述される。
しかし、超放射能のようなコヒーレンスによって引き起こされる多体効果は、すべての関連する動的可観測物が置換不変である限り、成分が根本的に区別できないシステムでも生じる。
このような系は対称状態や反対称状態に限らず、異なる理論的なアプローチを必要とする。
非相互作用系に着目して、表現論と熱力学的に一貫したマスター方程式のツールを組み合わせてそのようなフレームワークを開発する。
熱環境に結合した任意の多層系の置換不変アンサンブルに現れる定常状態の構造と性質を特徴付ける。
一般理論の応用として、これらの状態が原理的に量子熱機械の性能を高めるためにどのように使用できるかをさらに探求する。
グループ理論の枠組みにより、他の方法ではアクセスできない様々な制限ケースを分析できる。
さらに、これは、標準クレブシュ・ゴルダン理論を用いて以前に研究されたスピンアンサンブルと多段アンサンブルの性質が質的に異なることを示すことができる。
本研究は, 量子熱力学における置換不変性から生じる集団効果を体系的に研究する方法である。
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