論文の概要: Langevin Theory of Non-Markovian Quantum Dynamics: Application to Delayed Coherent Feedback and the Laser Linewidth
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.28506v1
- Date: Fri, 28 Aug 2026 16:37:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-31 17:16:04.411895
- Title: Langevin Theory of Non-Markovian Quantum Dynamics: Application to Delayed Coherent Feedback and the Laser Linewidth
- Title（参考訳）: 非マルコフ量子ダイナミクスのランゲヴィン理論:遅延コヒーレントフィードバックとレーザー線幅への応用
- Abstract要約: 位相空間法を非マルコフ力学に拡張する。
これは非マルコフ駆動量子系の体系的研究への道を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.443295371060434
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Phase-space methods are powerful tools for the treatment of Markovian open quantum systems: they map the reduced dynamics of a system S, in interaction with an environment E, exactly onto Langevin equations for c-number stochastic variables, as opposed to Heisenberg-Langevin equations for operators. Langevin equations provide analytical insight in key regimes and excel at handling strong nonlinearities and couplings, where other methods often falter. Extending phase-space methods to non-Markovian dynamics, however, has remained a long-standing challenge. Here we address this gap by applying phase-space representations to the full S+E system; integrating out the environmental degrees of freedom then yields a general Langevin framework for S that incorporates both deterministic and stochastic contributions from E. Normally ordered representations, such as the Glauber-Sudarshan P representation and its positive variant due to Drummond and Gardiner, lead to Langevin equations in which (i) non-Markovian effects emerge exclusively in the deterministic terms, via a memory kernel, and (ii) noise contributions vanish when E is initially in the vacuum state. To demonstrate the power of this framework, we address the paradigmatic problem of delayed coherent feedback, in which the system is driven by its own past state, and study its impact on the laser linewidth: we recover the narrowing observed well above threshold and predict an enhanced narrowing just above it. Crucially, the number of stochastic variables scales linearly with the system size, making the framework suitable for problems ranging from a few degrees of freedom to genuinely many-body systems. This opens the way to the systematic study of non-Markovian driven-dissipative quantum systems using the same analytical and numerical tools that have long made phase-space methods so successful in the Markovian regime.
- Abstract（参考訳）: 位相空間法(英: Phase-space method)は、マルコフ開量子系を扱うための強力なツールである:それらは、作用素のハイゼンベルク・ランゲイン方程式とは対照的に、c個の確率変数に対するランゲヴィン方程式(英語版)(Langevin equations for c-number stochastic variables)に対して、環境Eと相互作用する系Sの還元力学を正確にマッピングする。
ランゲヴィン方程式は、重要な状態の解析的な洞察を与え、強い非線形性と結合を扱うのに優れている。
しかし、位相空間法を非マルコフ力学に拡張することは長年の課題である。
ここでは、位相空間表現を全S+Eシステムに適用することでこのギャップに対処し、環境自由度を積分すると、Eから決定論的および確率的寄与の両方を包含するSの一般的なランゲヴィンフレームワークが得られる。
i)非マルコフ効果は、メモリカーネルを介して、決定論的用語でのみ現れる
(ii)Eが当初真空状態であるときにノイズ寄与が消滅する。
この枠組みの強みを実証するために,システム自体の過去の状態によって駆動される遅延コヒーレントフィードバックのパラダイム的問題に対処し,レーザーライン幅への影響について検討する。
重要なことに、確率変数の数はシステムサイズと線形にスケールし、このフレームワークは数自由度から真の多体システムまでの問題に適合する。
これは、マルコフ系で成功した位相空間法を長年に及んだ同じ解析的および数値的なツールを用いて、非マルコフ駆動散逸量子系の体系的研究への道を開く。
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