論文の概要: Efficient Variational Dynamics of Open Quantum Bosonic Systems via Automatic Differentiation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.14076v1
• Date: Fri, 18 Jul 2025 16:53:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-21 20:43:26.366254
• Title: Efficient Variational Dynamics of Open Quantum Bosonic Systems via Automatic Differentiation
• Title（参考訳）: 自動微分による開放量子ボソニック系の効率的な変分ダイナミクス
• Authors: Jacopo Tosca, Francesco Carnazza, Luca Giacomelli, Cristiano Ciuti,
• Abstract要約: 量子状態の奥深くで相互作用する量子ボゾン系の力学をシミュレートするスケーラブルな変分法を導入する。 鍵となる応用として、2ボソンコヒーレント駆動と2体損失を有する2次元Bose-Hubbard格子について検討する。 この結果から、2次元量子イジング普遍性クラスの動的指数による臨界減速が明らかとなった。
• 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: We introduce a scalable variational method for simulating the dynamics of interacting open quantum bosonic systems deep in the quantum regime. The method is based on a multi-dimensional Wigner phase-space representation and employs a Variational Multi-Gaussian (VMG) ansatz, whose accuracy is systematically controlled by the number of Gaussian components. The variational equations of motion are derived from the Dirac-Frenkel principle and evaluated efficiently by combining the analytical structure of Gaussian functions with automatic differentiation. As a key application, we study a driven-dissipative two-dimensional Bose-Hubbard lattice with two-boson coherent driving and two-body losses. Using our dynamical approach, we compute the finite-size scaling of the Liouvillian spectral gap - extracted from the relaxation dynamics - which vanishes in the thermodynamic limit. Our results reveal critical slowing down with dynamical exponents of the 2D quantum Ising universality class, demonstrating the power of our method to capture complex quantum dynamics in large open systems.
• Abstract（参考訳）: 量子状態の奥深くで相互作用するオープン量子ボゾン系の力学をシミュレートするスケーラブルな変分法を導入する。 この方法は、多次元ウィグナー位相空間表現に基づいており、変分多ガウスアンサッツ(VMG)を用いており、精度はガウス成分の数によって体系的に制御されている。 運動の変動方程式はディラック=フランケルの原理から導かれ、ガウス函数の解析構造と自動微分を組み合わせることで効率的に評価される。 鍵となる応用として、2ボソンコヒーレント駆動と2体損失を有する2次元Bose-Hubbard格子について検討する。 熱力学の極限で消滅する緩和力学から抽出されたリウヴィリアスペクトルギャップの有限スケールスケールを計算する。 この結果から、2次元量子イジング普遍性クラスの動的指数による臨界減速が明らかとなり、大規模開系における複雑な量子力学を捉える方法のパワーが証明された。

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