論文の概要: Emulating non-Markovian system-bath dynamics with parametrically driven cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.21569v1
• Date: Fri, 21 Aug 2026 19:17:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-25 18:24:36.911209
• Title: Emulating non-Markovian system-bath dynamics with parametrically driven cavities
• Title（参考訳）: パラメトリック駆動キャビティを用いた非マルコフ系バス力学のエミュレート
• Abstract要約: 非マルコフ量子系-バス力学をエミュレートするためのスキームの導入と特徴付けを行う。 このファイバーループキャビティシステムにおいて,スピン-ボソンモデルの局所化遷移を正確にエミュレートできることを示す。 このスキームは、カスタムな非マルコフ浴のためのモジュラープラットフォームの実現を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: We introduce and characterize a scheme for emulating non-Markovian quantum system-bath dynamics using the discrete electromagnetic field modes of a parametrically driven cavity. In this scheme, the character of a bosonic bath (the form of the bath spectral density) is tied directly to the shape of the real-time waveform describing periodic parametric cavity modulation. As an explicit example, we demonstrate the feasibility of this scheme for a fiber-loop experiment with currently achievable parameters, supported by numerical simulations and analytical estimates. In particular, we show that a localization transition of the spin-boson model can be accurately emulated in this fiber-loop cavity system. This localization effect is characterized by a sharp transition from partial decay to complete decay for a two-level system coupled to a bosonic bath as the bath spectral density $J(ω)\propto ω^{s}$ is continously tuned from the sub-ohmic ($s<1$) to the super-ohmic ($s>1$) regime. The transition is only exactly realized in the thermodynamic limit (for an infinite number of bath modes) and for sufficiently weak system-bath coupling. We highlight a competition between the weak-coupling and thermodynamic limits in this problem and show that challenges in approximately realizing the transition can nevertheless be overcome. Finally, we provide bounds on the systematic error introduced when emulating non-Markovian dynamics for arbitrary system observables. The scheme presented here can enable the realization of a modular platform for engineering custom non-Markovian baths, with potential applications in quantum thermodynamics, thermalization of many-body systems, and resource-efficient quantum simulations of open quantum systems.
• Abstract（参考訳）: パラメトリック駆動キャビティの離散電磁場モードを用いて,非マルコフ量子系-バスダイナミクスをエミュレートするためのスキームを導入,特徴付ける。 本方式では, 周期的パラメトリックキャビティ変調を記述した実時間波形の形状に, ボゾン浴の特徴(入浴スペクトル密度の形状)を直接結び付ける。 明示的な例として、数値シミュレーションと解析的推定によって支持された、現在達成可能なパラメータを用いたファイバーループ実験の実現可能性を示す。 特に、このファイバーループキャビティシステムにおいてスピン-ボソンモデルの局所化遷移を正確にエミュレートできることが示されている。 この局在化効果は, ボゾン浴に結合した2レベルの系において, 部分崩壊から完全崩壊への急激な遷移を特徴とし, 浴のスペクトル密度$J(ω)\propto ω^{s}$は, サブオヘミック(s<1$)からスーパーオヘミック(1$)レギュレーションに連続的に調整される。 この遷移は熱力学的限界(無限の浴槽モード)と十分に弱い系のバス結合においてのみ正確に実現される。 この問題における弱いカップリングと熱力学の限界の競合を強調し、遷移を概ね実現する上での課題が克服可能であることを示す。 最後に、任意の系オブザーバブルに対して非マルコフ力学をエミュレートする際に導入された体系的誤差のバウンダリを提供する。 ここで提示されたスキームは、量子熱力学、多体系の熱化、オープン量子系のリソース効率のよい量子シミュレーションなど、カスタムのマルコフ浴をエンジニアリングするためのモジュラープラットフォームの実現を可能にする。

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