論文の概要: Dynamical Quantum Phase Transitions and Many-Body Backflow in Open Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.03570v1
• Date: Wed, 03 Sep 2025 18:00:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-12 14:43:16.041272
• Title: Dynamical Quantum Phase Transitions and Many-Body Backflow in Open Quantum Systems
• Title（参考訳）: オープン量子系における動的量子相転移と多体逆流
• Authors: Kai Zhang, Chang Shu, Kai Sun,
• Abstract要約: 動的量子相転移(英: Dynamical quantum phase transitions, DQPTs)は、初期量子状態と、急激な急激なクエンチに続くその時間進化状態との間の直交性によって特徴づけられる非平衡遷移である。 オープン量子系におけるDQPTは、粒子の損失または粒子のゲインのみを受ける場合、ロバストであることを証明する。 損失(利得)を伴うシステムへの利得の弱い混合でさえ、DQPT力学の長時間の挙動を劇的に再現することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.376155476921051
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Dynamical quantum phase transitions (DQPTs) are non-equilibrium transitions characterized by the orthogonality between an initial quantum state and its time-evolved counterpart following a sudden quench. Recently, studies of this phenomenon have been extended beyond closed quantum systems to include environmental interactions, often modeled through non-Hermitian effects. However, because non-Hermitian descriptions neglect both quantum jump processes and interaction effects, the ultimate fate of interacting quantum systems under full open-system quantum dynamics remains an open question. In this paper, by incorporating both interactions and full Liouvillian dynamics, we prove that DQPTs in open quantum systems remain robust when subject to either particle loss or particle gain alone, but are generically smeared out when both processes coexist, as a result of many-body particle backflow. Furthermore, we uncover a non-perturbative dynamical effect: even a weak admixture of gain (loss) into a system with loss (gain) can dramatically reshape the long-time behavior of DQPT dynamics, leading to substantial deviations over time. These phenomena--including the universal smearing of DQPTs and the emergence of large dynamical deviations in the long-time limit--arise intrinsically from non-equilibrium many-body effects in open quantum systems. Our findings are general and substantiated by both analytical arguments and numerical simulations.
• Abstract（参考訳）: 動的量子相転移(英: Dynamical quantum phase transitions, DQPTs)は、初期量子状態と、急激な急激なクエンチに続くその時間進化状態との間の直交性によって特徴づけられる非平衡遷移である。 近年、この現象の研究は閉じた量子系を超えて環境相互作用を含むように拡張され、しばしば非エルミート効果によってモデル化されている。 しかしながら、非エルミート的記述は量子ジャンプ過程と相互作用効果の両方を無視するので、完全な開系量子力学の下で相互作用する量子システムの最終的な運命は未解決の問題である。 本稿では,自由量子系におけるDQPTの相互作用と完全なリウヴィリア力学を両立させることにより,粒子の損失と粒子のゲインのみを考慮に入れた場合,DQPTが頑健であることを証明する。 さらに, 損失(利得)を伴うシステムへの利得(損失)の弱い混合でさえ, DQPT力学の長期的挙動を劇的に再形成することができ, 時間とともにかなりのずれが生じている。 これらの現象は、DQPTの普遍的なスミアリングや、長期の極限における大きな動的偏差の出現を含む、オープン量子系における非平衡多体効果から本質的に導かれる。 本研究は解析的議論と数値シミュレーションの両方で実証された。

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