論文の概要: Hybrid Quantum-Classical Stochastic Approach to Spin-Boson Models
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.11553v1
- Date: Wed, 20 Sep 2023 18:00:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-22 18:14:46.989768
- Title: Hybrid Quantum-Classical Stochastic Approach to Spin-Boson Models
- Title（参考訳）: スピン-ボーソンモデルに対するハイブリッド量子古典的確率論的アプローチ
- Authors: Naushad A. Kamar and Mohammad Maghrebi
- Abstract要約: 我々は、異なるスピン-ボソンモデルに対する正確なハイブリッド量子-古典的アプローチを示す。
ボソニックモードの本質的な非線形性はこの枠組みの中で取り組めると論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Interacting spin-boson models encompass a large class of physical systems,
spanning models with a single spin interacting with a bosonic bath -- a
paradigm of quantum impurity problems -- to models with many spins interacting
with a cavity mode -- a paradigm of quantum optics. Such models have emerged in
various quantum simulation platforms which are further subject to noise and
lossy dynamics. As generic many-body systems, dynamics of spin-boson models
constitutes a challenging problem. In this paper, we present an exact hybrid
quantum-classical stochastic approach to different spin-boson models which are
typically treated using distinct techniques. In this approach, the solution of
a classical stochastic equation (mimicking the bosonic modes) is input into a
quantum stochastic equation for the spins. Furthermore, the spins are
effectively decoupled for each stochastic realization, but this comes at the
expense of sampling over unphysical states. Remarkably, the dynamics remains
Markovian in our approach even in the strong coupling regime. Moreover, we
utilize Markovian dissipation to make \textit{causality} manifest, thus
ensuring hermiticity (though not positivity) of the density matrix for each
realization. Finally, in contrast with many existing methods, we place no
restriction on the initial state, and further argue that an intrinsic
nonlinearity of the bosonic modes can be tackled within this framework. We
benchmark and showcase the utility of our approach in several examples,
specifically in cases where an exact numerical calculation is far from reach.
- Abstract（参考訳）: 相互作用するスピン-ボーソンモデルは、単一のスピンでボソニック浴(量子不純物問題のパラダイム)と相互作用するモデルと、キャビティモードと相互作用する多くのスピンを持つモデルにまたがる、大きな種類の物理系を包含する。
このようなモデルは様々な量子シミュレーションプラットフォームに登場し、さらにノイズや損失のあるダイナミクスの対象となる。
汎用多体系として、スピンボーソンモデルの力学は難しい問題となっている。
本稿では,異なるスピン-ボーソンモデルに対する完全ハイブリッド量子古典的確率的アプローチを提案する。
このアプローチでは、古典的確率方程式(ボソニックモードを模倣する)の解がスピンの量子確率方程式に入力される。
さらに、スピンはそれぞれの確率的実現のために効果的に分離されるが、これは非物理的状態のサンプリングに費やされる。
驚くべきことに、このダイナミクスは強い結合体制においても私たちのアプローチにおいてマルコフ的のままです。
さらに、マルコフ散逸を利用して \textit{causality} を表わし、各実現のための密度行列のハーミシティ(正の値ではないが)を保証する。
最後に、多くの既存の方法とは対照的に、初期状態に制限を課さず、さらにボソニックモードの固有非線形性はこの枠組みの中で取り組めると論じる。
我々はいくつかの例、特に正確な数値計算が届かない場合に、この手法の有用性をベンチマークして紹介する。
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