論文の概要: Replica Keldysh field theory of quantum-jump processes: General formalism and application to imbalanced and inefficient fermion counting

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.16520v1
• Date: Thu, 18 Dec 2025 13:34:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-19 18:10:32.074914
• Title: Replica Keldysh field theory of quantum-jump processes: General formalism and application to imbalanced and inefficient fermion counting
• Title（参考訳）: 量子ジャンプ過程の Replica Keldysh 場論:一般形式論と不均衡で非効率なフェルミオン計数への応用
• Authors: Felix Kloiber-Tollinger, Lukas M. Sieberer,
• Abstract要約: ボゾン系およびフェルミオン系における一般的な量子ジャンプ過程に対する包括的Keldysh場理論を開発した。 我々の定式化は、効率的な検出と混合状態力学の下での純粋状態量子軌道の統一的な記述を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Measurement-induced phase transitions have largely been explored for projective or continuous measurements of Hermitian observables, assuming perfect detection without information loss. Yet such transitions also arise in more general settings, including quantum-jump processes with non-Hermitian jump operators, and under inefficient detection. A theoretical framework for treating these broader scenarios has been missing. Here we develop a comprehensive replica Keldysh field theory for general quantum-jump processes in both bosonic and fermionic systems. Our formalism provides a unified description of pure-state quantum trajectories under efficient detection and mixed-state dynamics emerging from inefficient monitoring, with deterministic Lindbladian evolution appearing as a limiting case. It thus establishes a direct connection between phase transitions in nonequilibrium steady states of driven open quantum matter and in measurement-induced dynamics. As an application, we study imbalanced and inefficient fermion counting in a one-dimensional lattice system: monitored gain and loss of fermions occurring at different rates, with a fraction of gain and loss jumps undetected. For imbalanced but efficient counting, we recover the qualitative picture of the balanced case: entanglement obeys an area law for any nonzero jump rate, with an extended quantum-critical regime emerging between two parametrically separated length scales. Inefficient detection introduces a finite correlation length beyond which entanglement, as quantified by the fermionic logarithmic negativity, obeys an area law, while the subsystem entropy shows volume-law scaling. Numerical simulations support our analytical findings. Our results offer a general and versatile theoretical foundation for studying measurement-induced phenomena across a wide class of monitored and open quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 測定誘起相転移は、情報損失を伴わない完全な検出を仮定して、ヘルミタン可観測物の射影的または連続的な測定のために主に研究されてきた。 しかし、そのような遷移は、非エルミートジャンプ作用素を持つ量子ジャンプ過程や非効率な検出など、より一般的な設定でも生じる。 これらの広いシナリオを扱うための理論的枠組みが欠落している。 ここでは、ボゾン系とフェルミオン系の両方における一般的な量子ジャンプ過程に対する包括的ケディッシュ場理論を開発する。 我々の定式化は、効率的な検出と非効率なモニタリングから生じる混合状態ダイナミクスの下での純粋状態量子軌道の統一的な記述を提供し、決定論的リンドブラディアン進化は限定的なケースとして現れる。 これにより、駆動された開量子物質の非平衡定常状態における相転移と測定誘起力学との直接接続が確立される。 応用として, 1次元格子系における不均衡かつ非効率なフェルミオン計数について検討する: 異なる速度で発生するフェルミオンの利得と損失をモニターし, わずかの利得と損失は検出されない。 エンタングルメントは非ゼロジャンプ率の領域法則に従い、2つのパラメトリックに分離された長さスケールの間に量子臨界状態が拡大する。 非効率な検出は、エンタングルメントがフェルミオン対数否定性によって定量化されるような、領域法則に従うような有限の相関長を導入し、サブシステムエントロピーは体積法則のスケーリングを示す。 数値解析は分析結果を裏付ける。 この結果は、幅広い種類の監視および開放量子系にわたって測定誘起現象を研究するための、汎用的で多目的な理論基盤を提供する。

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