論文の概要: Universal scaling laws for correlated decay of many-body quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.00722v2
• Date: Mon, 1 Jul 2024 22:24:51 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-04 06:59:27.441789
• Title: Universal scaling laws for correlated decay of many-body quantum systems
• Title（参考訳）: 多体量子系の相関崩壊に対する普遍的スケーリング則
• Authors: Wai-Keong Mok, Avishi Poddar, Eric Sierra, Cosimo C. Rusconi, John Preskill, Ana Asenjo-Garcia,
• Abstract要約: 量子システムはオープンであり、周囲の環境とエネルギーと情報を継続的に交換している。 巨大量子系の最大崩壊速度はどのくらいで、その大きさはどのようにスケールするか? ハミルトンの複雑性理論における最近の研究に触発され、最大崩壊速度の厳密で一般的な上と下の境界を定めている。
• 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: Quantum systems are open, continually exchanging energy and information with the surrounding environment. This interaction leads to decoherence and decay of quantum states. In complex systems, formed by many particles, decay can become correlated and enhanced. A fundamental question then arises: what is the maximal decay rate of a large quantum system, and how does it scale with its size? In this work, we address these issues by reformulating the problem into finding the ground state energy of a generic spin Hamiltonian. Inspired by recent work in Hamiltonian complexity theory, we establish rigorous and general upper and lower bounds on the maximal decay rate. These bounds are universal, as they hold for a broad class of Markovian many-body quantum systems. For many physically-relevant systems, the bounds are asymptotically tight, resulting in exact scaling laws with system size. Specifically, for large atomic arrays in free space, these scalings depend only on the arrays' dimensionality and are insensitive to details at short length-scales. The scaling laws establish fundamental limits on the decay rates of quantum states and offer valuable insights for research in many-body quantum dynamics, metrology, and fault tolerant quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 量子システムはオープンであり、周囲の環境とエネルギーと情報を継続的に交換している。 この相互作用は、量子状態のデコヒーレンスと崩壊を引き起こす。 多くの粒子によって形成される複雑な系では、崩壊は相関し、強化される。 量子系の最大崩壊速度と、その大きさでどのようにスケールするか? 本研究では,これらの問題に対して,一般スピンハミルトニアンの基底状態エネルギーを求める問題を再構成して解決する。 ハミルトンの複雑性理論における最近の研究に触発され、最大崩壊速度の厳密で一般的な上と下の境界を定めている。 これらの境界は、マルコフ多体量子系の幅広いクラスを保ちながら普遍的である。 多くの物理的関連系では、境界は漸近的に厳密であり、結果としてシステムサイズによる正確なスケーリング法則が導かれる。 具体的には、自由空間における大きな原子配列の場合、これらのスケーリングは配列の次元性にのみ依存し、短い長さスケールで詳細に敏感である。 スケーリング法則は、量子状態の崩壊速度の基本的な限界を確立し、多体量子力学、メートル法、フォールトトレラント量子計算の研究に貴重な洞察を与える。

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