論文の概要: Quantum mutual information as a robust probe of integrability in open quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.02462v1
• Date: Thu, 02 Jul 2026 17:28:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-03 19:45:08.943358
• Title: Quantum mutual information as a robust probe of integrability in open quantum systems
• Title（参考訳）: オープン量子系における積分可能性のロバストなプローブとしての量子相互情報
• Authors: Nirupam Sen, Keshav Das Agarwal, Aditi Sen De,
• Abstract要約: 相関関係のHaar平均和(aSTC)に基づく情報理論フレームワークを提案する。 本稿では,aSTCの時間的変動が,可積分およびカオス力学の忠実かつシステムサイズに依存しないシグネチャを提供することを示す。 非マルコフ領域では、情報バックフローがスクランブルダイナミクスを復元し、aSTCが長い間その識別力を維持できることを観察する。
• 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: The dynamics of a quantum system encode signatures of whether the underlying Hamiltonian is integrable or chaotic, giving rise to the concept of quantum information scrambling through the properties of the resulting dynamical states or operators. We introduce an information-theoretic framework based on the Haar-averaged sum of total correlations (aSTC), together with average genuine multipartite entanglement generated dynamically from initially fully separable states, as robust probes of quantum information scrambling. Using the long-range quantum XYZ spin model in transverse and longitudinal magnetic fields, whose integrable limit is the nearest-neighbor transverse XY model, we demonstrate that the long-time average and, more importantly, the temporal fluctuations of the aSTC provide a faithful and system-size-independent signature of integrable and chaotic dynamics, similar to the conventional measure of scrambling, out-of-time-ordered correlator (OTOC). When the system is in contact with the thermal reservoir and system-bath coupling follows Markovianity, we find that the fluctuations of the aSTC and OTOC continue to distinguish integrable and chaotic dynamics only at intermediate times. However, we observe that in the non-Markovian domain, information backflow restores the scrambling dynamics, enabling the aSTC to retain its distinguishing power even at long times. Interestingly, we exhibit that, under Markovian amplitude damping and non-Markovian dephasing noise, the temporal fluctuations of the aSTC can discriminate between integrability and non-integrability in the weak Markovian regime, even when OTOC fails to do so.
• Abstract（参考訳）: 量子系の力学は、基礎となるハミルトニアンが可積分であるかカオスであるかのシグネチャをエンコードし、結果として生じる力学状態や作用素の性質を通して量子情報の概念が揺るがされる。 本稿では,量子情報のスクランブルのロバストなプローブとして,全相関のハール平均和(aSTC)に基づく情報理論フレームワークと,初期完全分離状態から動的に生成される平均的真の多部絡み合いを紹介する。 横方向および縦方向の磁場における長距離量子XYZスピンモデルを用いて、積分限界が最近傍の横方向XYモデルであり、より重要なことは、aSTCの時間的変動が、従来のスクランブル・アウト・オブ・タイム・オーダード・コレレータ(OTOC)と同様に、積分可能・カオス力学の忠実かつシステムに依存しないシグネチャを提供することを示した。 系が熱貯水池と接触し、系-バス結合がマルコビアン性に従うと、aSTCとOTOCの揺らぎは、中間時間でのみ可積分とカオスのダイナミクスを区別し続けていることが分かる。 しかし,非マルコフ領域では,情報バックフローがスクランブルダイナミクスを復元し,アスタフの識別能力は長期にわたって維持できることがわかった。 興味深いことに、マルコフ振幅減衰と非マルコフ雑音の下では、OTOCがそれを行うことができない場合でも、aSTCの時間的変動は弱マルコフ系における積分性と非可積分性とを区別することができる。

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