論文の概要: A Hierarchical Approach to Quantum Many-Body Systems in Structured Environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.05093v1
- Date: Wed, 8 May 2024 14:43:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-09 14:14:56.352802
- Title: A Hierarchical Approach to Quantum Many-Body Systems in Structured Environments
- Title（参考訳）: 構造環境における量子多体系への階層的アプローチ
- Authors: Kai Müller, Kimmo Luoma, Christian Schäfer,
- Abstract要約: 空洞量子材料は、凝縮物質系のリッチ多体物理学と周囲の電磁場との強い結合を結合させる。
強い光結合は多体系の力学を変化させることを示す。
我々の研究は、凝縮物質と量子光学の間のアクセス可能で厳密な経路を確立し、新しい領域をその界面で成長させる。
- 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: Cavity quantum materials combine the rich many-body physics of condensed matter systems with strong coupling to the surrounding electromagnetic field, which presents both novel prospects and intricate challenges. One is often interested in the properties of one specific aspect of the material, e.g. the electronic many-body dynamics, subject to a structured bath of phononic and photonic modes. Open quantum systems featuring non-Markovian dynamics are routinely solved using techniques such as the Hierarchical Equations of Motion (HEOM) but their usage of the system density-matrix renders them intractable for many-body systems. Here, we combine the HEOM with the Bogoliubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon (BBGKY) hierarchy to reach a consistent and rigorous description of open many-body systems and their quantum dynamics. We demonstrate first the strength and limitations of this stacked hierarchy for superradiant emission and spin-squeezing of established quantum optical models before presenting its full potential for quantum many-body systems. In particular, we explicitly simulate the impact of charge noise on the dynamic of the Fermi-Hubbard model subject to a structured bath comprising cavity and vibro-phononic environment. Strong optical coupling not only modifies the dynamic of the many-body system but serves furthermore as measurement channel providing information about the correlated motion imprinted by charge noise. Our work establishes an accessible, yet rigorous, route between condensed matter and quantum optics, fostering the growth of a new domain at their interface.
- Abstract（参考訳）: 空洞量子材料は、凝縮物質系のリッチ多体物理学と周囲の電磁場との強い結合を組み合わせ、新しい展望と複雑な課題を提示する。
例えば、電子多体力学は、フォニックモードとフォトニックモードの構造化された浴である。
非マルコフ力学を特徴とする開量子系は、階層運動方程式 (HEOM) などの手法を用いて常用的に解かれるが、系密度行列(英語版)の使用により、多体系では難解となる。
ここでは、HEOMとBogoliubov-Born-Green-Kirkwood-Yvon(BBGKY)階層を組み合わせることで、オープン多体系とその量子力学の一貫性と厳密な記述に到達する。
我々はまず、この重み付け階層の強さと限界を、確立された量子光学モデルの超放射能放出とスピンスクイーズのために示し、量子多体系に対するその潜在能力を提示する。
特に, キャビティとビブロフォニック環境を含む構造浴におけるフェルミ・ハバードモデルの動的挙動に及ぼす帯電音の影響を明示的にシミュレートした。
強い光結合は多体系の力学を変化させるだけでなく、電荷雑音によって印加された相関運動に関する情報を提供する測定チャネルとしても機能する。
我々の研究は、凝縮物質と量子光学の間のアクセス可能で厳密な経路を確立し、新しい領域をその界面で成長させる。
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