論文の概要: Collapse and revival structure of information backflow for a central spin coupled to a finite spin bath

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.06541v1
• Date: Wed, 14 Sep 2022 10:40:17 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-26 17:07:20.530878
• Title: Collapse and revival structure of information backflow for a central spin coupled to a finite spin bath
• Title（参考訳）: 有限スピン浴に結合した中心スピンの情報バックフローの崩壊と再生構造
• Authors: Jingyi Fan, Shengshi Pang
• Abstract要約: 量子力学のマルコビアン性における有限浴次元の役割について検討する。 情報フローに新たな周期的崩壊・回復パターンが現れる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Markovianity of quantum dynamics is an important property of open quantum systems determined by various ingredients of the system and bath. Apart from the system-bath interaction, the initial state of the bath, etc., the dimension of the bath plays a critical role in determining the Markovianity of quantum dynamics, as a strict decay of the bath correlations requires an infinite dimension for the bath. In this work, we investigate the role of finite bath dimension in the Markovianity of quantum dynamics by considering a simple but nontrivial model in which a central spin is isotropically coupled to a finite number of bath spins, and show how the dynamics of the central spin transits from non-Markovian to Markovian as the number of the bath spins increases. The non-Markovianity is characterized by the information backflow from the bath to the system in terms of the trace distance of the system states. We derive the time evolution of the trace distance analytically, and find novel periodic collapse-revival patterns in the information flow. The mechanism underlying this phenomenon is investigated in detail, and it shows that the period of the collapse-revival pattern is determined by the competition between the number of the bath spins, the system-bath coupling strength and the frequency detuning. When the number of bath spins is sufficiently large, the period of the collapse-revival structure as well as the respective collapse and revival times increases in proportion to the number of the bath spins, which characterizes how the information backflow decays with a large dimension of the bath. We also analyze the effect of the system-bath interaction strength and frequency detuning on the collapse-revival patterns of the information flow, and obtain the condition for the existence of the collapse-revival structure. The results are illustrated by numerical computation.
• Abstract（参考訳）: 量子力学のマルコビアン性は、系と浴の様々な成分によって決定される開量子系の重要な性質である。 システムとバスの相互作用、風呂の初期状態などとは別に、浴の次元は、浴の相関の厳密な崩壊が浴の無限次元を必要とするため、量子力学のマルコフ性を決定する上で重要な役割を果たす。 本研究では、中心スピンが有限個の入浴スピンに等方的に結合する単純だが非自明なモデルを考えることにより、量子力学のマルコビアン性における有限浴次元の役割を考察し、入浴スピンの数が増えるにつれて、中心スピンのダイナミクスが非マルコビアンからマルコビアンへ遷移する様子を示す。 非マルコビアン性は、システム状態のトレース距離の観点から、浴槽からシステムへの情報バックフローによって特徴づけられる。 我々は,微量距離の時間変化を解析的に導出し,情報フローにおける新しい周期的崩壊・再生パターンを見いだす。 この現象の根底にあるメカニズムを詳細に検討し, 浴槽スピン数, システムバス結合強度, 周波数減衰の競合によって, 崩壊・再生パターンの周期が決定されることを示した。 浴のスピン数が十分に大きくなると、その崩壊・再生期間とそれぞれの崩壊・再生期間が浴のスピン数に比例して増加するため、情報バックフローが浴の寸法が大きいほどどのように減衰するかが特徴となる。 また,システム-バス相互作用強度と周波数デチューニングが情報フローの崩壊・復活パターンに及ぼす影響を解析し,崩壊・復活構造の存在条件を求める。 結果は数値計算によって示される。

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