論文の概要: Thermal state preparation by repeated interactions at and beyond the Lindblad limit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.12166v1
• Date: Fri, 13 Jun 2025 18:34:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-17 17:28:45.306091
• Title: Thermal state preparation by repeated interactions at and beyond the Lindblad limit
• Title（参考訳）: リンドブラッド限界付近における繰り返し相互作用による熱状態生成
• Authors: Carlos Ramon-Escandell, Alessandro Prositto, Dvira Segal,
• Abstract要約: 本研究は, 繰り返し相互作用プロトコルによる熱流動特性と関連する準備(シミュレーション)時間について検討する。 我々は,Mpemba様の効果を観察する:最大混合状態から中間温度状態への熱化は,低温状態よりも長い時間を要する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.94295877935867
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study the nature of thermalization dynamics and the associated preparation (simulation) time under the repeated interaction protocol uncovering a generic anomalous, Mpemba-like trend. As a case study, we focus on a three-level system and analyze its dynamics in two complementary regimes, where the system-ancilla interaction strength is either large or small. Focusing on the estimation of the simulation time, we derive closed-form expressions for the minimum number of collisions, or minimal simulation time, required to achieve a thermal state, which is within $\epsilon$ distance to the target thermal state. At zero temperature, we analytically identify a set of points (interaction strength $\times$ their duration) that minimize the simulation time. At nonzero temperature, we observe a Mpemba-like effect: Starting from a maximally mixed state, thermalization to an intermediate-temperature state takes longer than to a lower-temperature one. We provide an accurate analytical approximation for this phenomenon and demonstrate its occurrence in larger systems and under randomized interaction strengths. The prevalence of the Mpemba effect in thermal state preparation presents a significant challenge for preparing states in large systems, an open problem calling for new strategies.
• Abstract（参考訳）: 本研究は,Mpemba-like傾向の一般的な異常を明らかにする反復的相互作用プロトコルの下で,熱化ダイナミクスの性質と関連する準備(シミュレーション)時間について検討する。 ケーススタディでは,システムとアンシラの相互作用強度が大きいか小さいかの2つの相補的な状態において,3段階のシステムに着目し,そのダイナミクスを分析する。 シミュレーション時間の推定に焦点をあてて, 対象熱状態までの距離が$\epsilon$以内の温度状態を達成するために必要な最小衝突数, 最小シミュレーション時間について, クローズドフォーム式を導出する。 ゼロ温度では、シミュレーション時間を最小限に抑える一連の点(相互作用強度$\times$それらの持続時間)を解析的に同定する。 非ゼロ温度では、Mpembaのような効果が観測される: 最大混合状態から中間温度状態への熱化は、低温状態よりも長くかかる。 我々は,この現象の正確な解析近似を行い,大規模システムおよびランダムな相互作用強度下での現象の発生を実証する。 熱状態準備におけるMpemba効果の出現は、大規模システムにおける状態の準備において重要な課題となる。

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