論文の概要: A Structural Theory of Quantum Metastability: Markov Properties and Area Laws

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.08538v1
• Date: Thu, 09 Oct 2025 17:53:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-10 17:54:15.285004
• Title: A Structural Theory of Quantum Metastability: Markov Properties and Area Laws
• Title（参考訳）: 量子メタスタビリティの構造理論:マルコフの性質と領域法則
• Authors: Thiago Bergamaschi, Chi-Fang Chen, Umesh Vazirani,
• Abstract要約: 複雑な量子系は、散逸性開系力学の準安定状態としてのみ存在する。 すべての準安定状態は、相互情報の領域法則とマルコフ特性を満たす。 この結果は, 熱転移性に関する包括的理論に向けて構築される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9728521995447947
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Statistical mechanics assumes that a quantum many-body system at low temperature can be effectively described by its Gibbs state. However, many complex quantum systems exist only as metastable states of dissipative open system dynamics, which appear stable and robust yet deviate substantially from true thermal equilibrium. In this work, we model metastable states as approximate stationary states of a quasi-local, (KMS)-detailed-balanced master equation representing Markovian system-bath interaction, and unveil a universal structural theory: all metastable states satisfy an area law of mutual information and a Markov property. The more metastable the states are, the larger the regions to which these structural results apply. Therefore, the hallmark correlation structure and noise resilience of Gibbs states are not exclusive to true equilibrium but emerge dynamically. Behind our structural results lies a systematic framework encompassing sharp equivalences between local minima of free energy, a non-commutative Fisher information, and approximate detailed balance conditions. Our results build towards a comprehensive theory of thermal metastability and, in turn, formulate a well-defined, feasible, and repeatable target for quantum thermal simulation.
• Abstract（参考訳）: 統計力学は、低温における量子多体系はギブス状態によって効果的に記述できると仮定する。 しかし、多くの複雑な量子系は、散逸性開系力学の準安定状態としてしか存在せず、安定で頑健に見えるが、真の熱平衡からはかなり逸脱している。 本研究では,準局所的(KMS)-詳細均衡マスター方程式の準定常状態として準安定状態をモデル化し,すべての準安定状態が相互情報とマルコフ特性の領域則を満たすという普遍構造理論を明らかにする。 状態が準安定であるほど、これらの構造結果が適用される領域が大きくなる。 したがって、ギブス状態のホールマーク相関構造とノイズレジリエンスは真の平衡に排他的ではなく、動的に現れる。 我々の構造的結果の背後には、自由エネルギーの局所的最小値、非可換フィッシャー情報、および近似詳細バランス条件の間の鋭い等価性を含む体系的な枠組みがある。 我々の結果は、熱転移性に関する総合的な理論に向けて構築され、量子熱シミュレーションのための明確に定義された、実現可能な、繰り返し可能なターゲットを定式化する。

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