論文の概要: Efficient formulation of multitime generalized quantum master equations:
Taming the cost of simulating 2D spectra
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.20022v1
- Date: Mon, 30 Oct 2023 21:16:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-01 17:23:03.799685
- Title: Efficient formulation of multitime generalized quantum master equations:
Taming the cost of simulating 2D spectra
- Title（参考訳）: 多時間一般化量子マスター方程式の効率的な定式化:2次元スペクトルのシミュレーションコストの調整
- Authors: Thomas Sayer and Andr\'es Montoya-Castillo
- Abstract要約: 本稿では,GQMEフレームワークを拡張した従来の作業の計算コストを大幅に単純化し,削減する定式化を提案する。
具体的には, 修正された森-中島-Zwanzigフレームワークから, 量子相関関数の時間微分を除去する。
また、スペクトルを1-, 2-, 3時間相関に分解し、システムがマルコフ体制に入る時期を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Modern 4-wave mixing spectroscopies are expensive to obtain experimentally
and computationally. In certain cases, the unfavorable scaling of quantum
dynamics problems can be improved using a generalized quantum master equation
(GQME) approach. However, the inclusion of multiple (light-matter) interactions
complicates the equation of motion and leads to seemingly unavoidable cubic
scaling in time. In this paper, we present a formulation that greatly
simplifies and reduces the computational cost of previous work that extended
the GQME framework to treat arbitrary numbers of quantum measurements.
Specifically, we remove the time derivatives of quantum correlation functions
from the modified Mori-Nakajima-Zwanzig framework by switching to a
discrete-convolution implementation inspired by the transfer-tensor approach.
We then demonstrate the method's capabilities by simulating 2D electronic
spectra for the excitation-energy-transfer dimer model. In our method, the
resolution of the data can be arbitrarily coarsened, especially along the $t_2$
axis, which mirrors how the data are obtained experimentally. Even in a modest
case, this demands $\mathcal{O}(10^3)$ fewer data points. We are further able
to decompose the spectra into 1-, 2-, and 3-time correlations, showing how and
when the system enters a Markovian regime where further measurements are
unnecessary to predict future spectra and the scaling becomes quadratic. This
offers the ability to generate long-time spectra using only short-time data,
enabling access to timescales previously beyond the reach of standard
methodologies.
- Abstract（参考訳）: 現代の4波混合分光法は、実験的および計算的に得るには高価である。
場合によっては、一般化量子マスター方程式(GQME)を用いて量子力学問題の好ましくないスケーリングを改善することができる。
しかし、複数の(光と物質)相互作用を包含することは運動方程式を複雑にし、一見不可避な立方体スケーリングに繋がる。
本稿では、GQMEフレームワークを任意の数の量子測定に拡張した以前の研究の計算コストを大幅に単純化し、削減する定式化を提案する。
具体的には、移動テンソル法に着想を得た離散畳み込み実装に切り替えることで、修正された森-中島-Zwanzigフレームワークから量子相関関数の時間微分を除去する。
次に、励起エネルギー移動ダイマーモデルのための2次元電子スペクトルをシミュレートして、この手法の能力を実証する。
この方法では、データの分解能は任意に粗いものとなり、特に$t_2$軸に沿ってデータを実験的に取得する方法を反映している。
控えめな場合であっても、これは$\mathcal{O}(10^3)$より少ないデータポイントを必要とする。
さらにスペクトルを1-, 2-, 3時間相関に分解し, 将来のスペクトルを予測し, スケーリングを2次的に予測するために, システムがさらに測定する必要のないマルコフ体制に入る時期を示す。
これにより、短い時間データのみを使用して長時間のスペクトルを生成することができ、従来の標準的な方法論を超えてタイムスケールへのアクセスが可能になる。
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