論文の概要: Detecting Initial System-Environment Correlations from a Single Observable
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.18516v1
- Date: Thu, 19 Feb 2026 19:37:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-24 17:42:02.125242
- Title: Detecting Initial System-Environment Correlations from a Single Observable
- Title（参考訳）: 単一観測装置からの初期システム環境相関の検出
- Authors: Ali Abu-Nada, Russell Ceballos, Lian-Ao Wu,
- Abstract要約: 既知のインタラクションでは、システムの単一期待値を監視するのに十分であることを示す。
同じ単オブザーバブル論理が、無限環境を持つ、完全に解決可能な純粋デファスなスピン-ボソンモデルにまで拡張されることが示される。
- 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: We address the problem of detecting initial system--environment correlations when the environment is not directly accessible. Most existing approaches rely on full state tomography or multiple system preparations, which can be experimentally demanding. We show that, for a known interaction, it can be sufficient to monitor a single expectation value of the system. Focusing on a qubit interacting with an environment via isotropic Heisenberg exchange, we derive exact bounds on the signal $z(t)=\langleσ_z^S\rangle(t)$ that hold for all factorized initial states. These bounds define a \emph{factorized envelope}: if an observed trajectory exits this envelope at any time, initial system--environment correlations are certified. From a reduced-dynamics perspective, the envelope admits a clear operational interpretation as the admissible region generated by the standard product assignment (embedding) map, which serves as a null model for uncorrelated preparations. Envelope violations therefore rule out the entire product-assignment class using only a single calibrated observable. We illustrate the method using three families of correlated initial states and observe clear envelope violations, including cases in which the reduced system state is maximally mixed. We further show that the same single-observable logic extends to an exactly solvable pure-dephasing spin--boson model with an infinite environment, where factorized initial states generate a simple coherence envelope whose violation certifies initial correlations. Overall, our results demonstrate that single-axis measurements, combined with a one-time calibration of $ρ_S(0)$, can certify initial system--environment correlations without tomography or environment access.
- Abstract（参考訳）: 我々は、環境が直接アクセスできない場合に、初期システム環境相関を検出する問題に対処する。既存のほとんどのアプローチは、完全な状態トモグラフィや複数のシステム準備に依存しており、これは実験的に要求されるものである。既知の相互作用では、システムの単一期待値を監視するのに十分である。等方的ハイゼンベルク交換により環境と相互作用するキュービットに着目し、信号$z(t)=\langleσ_z^S\rangle(t)$の正確な境界を導出する。これらの境界は、観測された軌道がこのエンベロープをいつでも離脱した場合に、初期システム環境相関が認定される。
還元力学の観点からは、エンベロープは、標準積割り当て(埋め込み)写像によって生成される許容領域として明確な操作解釈を認めており、これは非相関的な準備のためのヌルモデルとして機能する。
したがって、エンベロープ違反は、単一のキャリブレーションされたオブザーバブルのみを使用して、製品割り当てクラス全体を除外する。
相関した初期状態の3つのファミリを用いて,システム状態が最大混合された場合を含む明確な封筒違反を観測する。
さらに、同じ単一観測可能な論理が、無限環境を持つ、正確に解ける純粋デファスなスピン-ボソンモデルに拡張されることを示し、そこでは、分解された初期状態が、初期相関を証明した単純なコヒーレンスエンベロープを生成する。
以上の結果から, 単軸測定と1時間キャリブレーション$ρ_S(0)$の併用により, トモグラフィや環境アクセスを伴わない初期システム-環境相関を証明できることが示唆された。
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