論文の概要: Open quantum systems beyond equilibrium: Lindblad equation and path integral molecular dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.10839v1
- Date: Wed, 11 Mar 2026 14:46:35 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-12 16:22:33.005311
- Title: Open quantum systems beyond equilibrium: Lindblad equation and path integral molecular dynamics
- Title（参考訳）: 平衡を超えた開量子系:リンドブラッド方程式と経路積分分子動力学
- Authors: Benedikt M. Reible, Somayeh Ahmadkhani, Luigi Delle Site,
- Abstract要約: リンドブラッド方程式は開量子系の密度作用素の時間発展を決定する。
平均的な物理観測値の時間発展を計算するためにPIMDが実際にどのように使われるかについて議論する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Lindblad equation determines the time evolution of the density operator of open quantum systems. While valid for any system size, its use is, in practice, restricted to prototype/surrogate models with the aim of tackling specific aspects of the overall quantum complexity of a multi-atomic system. Path integral molecular dynamics (PIMD) instead provides static and dynamical quantum statistical averages of physical observables for systems in equilibrium composed of up to thousands of atoms over timescales up to nanoseconds, under the condition that short-time quantum coherence is not relevant for the properties of interest. PIMD relies on the well-established technique of molecular dynamics (MD) with its associated classical trajectories. However, it cannot describe a direct time evolution of a system and its convergence to a stationary state in situations out of equilibrium. In this work, we analyze the link between the Lindblad equation and PIMD; specifically, we will discuss how PIMD can actually be used to calculate the time evolution of ensemble-averaged physical observables and their convergence to a stationary state for situations out of equilibrium, bypassing the need of explicitly solving the Lindblad equation. Yet, at the same time, the Lindblad equation and PIMD are linked to one another through a formal relation of equivalence, which provides an argument for the consistency of PIMD results, namely the positivity of the density operator at any time. A numerical study of a prototype system, which is of interest in chemical physics, will be used to showcase the method.
- Abstract（参考訳）: リンドブラッド方程式は開量子系の密度作用素の時間発展を決定する。
どんなシステムサイズでも有効だが、実際には、多原子系の全体的な量子複雑性の特定の側面に取り組むことを目的として、プロトタイプ/サロゲートモデルに制限されている。
経路積分分子動力学(PIMD)は、時間スケールで最大数千の原子からなる平衡状態の系に対して、短時間の量子コヒーレンスが興味のある性質に関係しないという条件の下で、静的および動的量子統計学的平均値を提供する。
PIMDは、分子動力学(MD)の確立された技術と関連する古典的軌道に依存している。
しかし、システムの直接的な時間発展と、平衡状態の状況下での定常状態への収束を記述できない。
本研究はリンドブラッド方程式とPIMDの関係を解析し、特に、リンドブラッド方程式を明示的に解く必要性を回避して、平均的な物理観測値の時間的発展とそれらの平衡状態の定常状態への収束をPIMDが実際にどのように計算できるかを論じる。
しかし、同時にリンドブラッド方程式とPIMDは同値の形式的関係を通じて互いに結びついており、これはPIMD結果の整合性、すなわち任意の時間における密度作用素の正の議論を与える。
化学物理学に興味のあるプロトタイプシステムの数値的研究は,本手法の実証に使用される。
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