論文の概要: Accelerated relaxation and Mpemba-like effect for operators in open quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.24630v1
• Date: Tue, 28 Oct 2025 16:59:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-29 15:35:37.290452
• Title: Accelerated relaxation and Mpemba-like effect for operators in open quantum systems
• Title（参考訳）: 開量子系の作用素に対する加速緩和とMpemba様効果
• Authors: Pitambar Bagui, Arijit Chatterjee, Bijay Kumar Agarwalla,
• Abstract要約: ムペンバ効果は、定常状態から遠く離れた量子系が比較的近い状態よりも速く緩和するときに起こる。 オープン量子系設定における作用素の緩和力学において、この非常に非直感的な効果の存在を探索する。
• 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 Mpemba effect occurs when a quantum system, residing far away from the steady state, relaxes faster than a relatively nearer state. We look for the presence of this highly counterintuitive effect in the relaxation dynamics of the operators within the open quantum system setting. Since the operators evolve under a non-trace preserving map, the trace distance of an operator is not a monotonically decaying function of time, unlike its quantum state counterpart. Consequently, the trace distance can not serve as a reliable measure for detecting the Mpemba effect in operator dynamics. We circumvent this problem by defining a \textit{dressed} distance between operators that decays monotonically with time, enabling a generalized framework to explore the Mpemba-like effect for operators. Applying the formalism to various open quantum system settings, we find that, interestingly, in the single qubit case, only accelerated relaxation of operators is possible, while genuine Mpemba-like effects emerge in higher-dimensional systems such as qutrits and beyond. Furthermore, we demonstrate the existence of Mpemba-like effects in nonlocal, non-equilibrium operators, such as current, in a double-quantum-dot setup. Our results, besides offering fundamental insight about the occurrence of the Mpemba-like effect under non-trace preserving dynamics, open avenues for new experimental studies where quicker relaxation of observables could be of significant interest.
• Abstract（参考訳）: 量子ムペンバ効果(Quantum Mpemba effect)は、定常状態から遠く離れた量子系が比較的近い状態よりも速く緩和するときに起こる。 オープン量子系設定における作用素の緩和力学において、この非常に非直感的な効果の存在を探索する。 作用素は非トレース保存写像の下で進化するので、作用素のトレース距離は、その量子状態と異なり、時間の単調に崩壊する関数ではない。 したがって、トレーサ距離は演算子力学におけるMpemba効果を検出するための信頼できる尺度にはならない。 我々は、時間とともに単調に減衰する作用素間の \textit{dressed} 距離を定義し、一般化されたフレームワークが作用素に対する Mpemba 様の効果を探索できるようにすることでこの問題を回避する。 様々なオープン量子系設定に形式性を適用すると、興味深いことに、単一の量子ビットの場合、作用素の緩和が加速されるだけであり、一方で真のMpembaのような効果は、クォートやその他の高次元システムに現れる。 さらに、電流のような非局所的非平衡作用素におけるMpemba様効果の存在を二重量子ドット構成で示す。 本研究の成果は,非トラス保存力学下でのMpemba様効果の発生に関する基本的な知見に加えて,観測対象の迅速な緩和が大きな関心事となる新たな実験研究への道を開くものである。

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