論文の概要: Constructing Large and Structured Decoherence-Free Subspaces in Hybrid Quantum Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.12348v1
- Date: Thu, 08 Oct 2026 17:18:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-10 02:36:54.208496
- Title: Constructing Large and Structured Decoherence-Free Subspaces in Hybrid Quantum Systems
- Title（参考訳）: ハイブリッド量子システムにおけるデコヒーレンス自由部分空間の構築
- Abstract要約: 非自明な構造を持つ大規模デコヒーレンス自由部分空間を構築するためのフレームワークを開発する。
消散は、長時間の制限の中で物質ヌル状態を選択することによって、この問題に大域的な制約を課す。
リー代数の表現論を用いて、物理的に興味深い零状態を持つ多体作用素を構築する方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0032818514814266144
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We develop a framework to construct large decoherence-free subspaces with a non-trivial structure. The construction is based on hybrid quantum systems in which quantum matter is coupled to a dissipative bosonic mode. Dissipation imposes a global constraint on the matter by selecting the matter null states in the long-time limit. The decoherence-free subspaces spanned by matter null states can exhibit exotic quantum properties and emergent symmetries that do not characterize the full Liouvillian dynamics. We show how to construct many-body operators with physically interesting null states by employing representation theory of Lie algebras. This approach allows us to choose models based on their underlying algebraic structure. We consider explicitly the example of coupling a lossy optical cavity to the directed tunneling operator of quantum particles in one-dimension. In this case, the symmetries of the decoherence-free subspace originate in an $\mathfrak{sl}(2,\mathbb{C})$ algebra, leading to an exponentially large number of steady states. We characterize the null states for both fermionic and bosonic particles, employing analytical and numerical methods. The states exhibit several properties that underline their complex quantum nature: long-range kinetic correlations and volume-law entanglement. The nonreciprocal nature of the directed tunneling dynamics leads to the emergence in the many-body regime of a symmetry-constrained Liouvillian skin effect. The open light-matter system exhibits a strong symmetry stemming from spinless $η$-pairing algebras. We show how the non-trivial properties of the long-times states emerge in the dissipative dynamics from generic initial states, by performing time-dependent matrix product state simulations. Our framework opens avenues for dissipatively engineering complex quantum correlations and harnessing nonreciprocity in a controlled manner.
- Abstract（参考訳）: 非自明な構造を持つ大規模デコヒーレンス自由部分空間を構築するためのフレームワークを開発する。
この構造は、量子物質が散逸性ボゾンモードに結合されるハイブリッド量子系に基づいている。
消散は、長時間の制限の中で物質ヌル状態を選択することによって、この問題に大域的な制約を課す。
デコヒーレンス自由部分空間は、物質 null 状態によって展開され、完全なリウヴィリア力学を特徴づけないエキゾチックな量子的性質や創発的対称性を示すことができる。
リー代数の表現論を用いて、物理的に興味深い零状態を持つ多体作用素を構築する方法を示す。
このアプローチにより、基礎となる代数構造に基づいてモデルを選択することができる。
一次元の量子粒子の有向トンネル作用素に損失光空洞を結合する例を明示的に検討する。
この場合、デコヒーレンス自由部分空間の対称性は$\mathfrak{sl}(2,\mathbb{C})$環から始まり、指数的に多くの定常状態をもたらす。
フェルミオン粒子およびボゾン粒子の零状態を解析的および数値的手法を用いて特徴づける。
これらの状態は、その複雑な量子の性質、すなわち長距離の速度論的相関と体積法的な絡み合いの基盤となるいくつかの性質を示す。
有向トンネル力学の非相互性は、対称性に制約されたリウヴィリアスキン効果の多体状態の出現につながる。
開光マター系はスピンレス$η$ペアリング代数から生じる強い対称性を示す。
時間依存行列積状態シミュレーションを行うことにより、時間依存行列状態の非自明な性質がジェネリック初期状態からの散逸ダイナミクスにどのように現れるかを示す。
我々のフレームワークは、散逸的に複雑な量子相関を設計し、制御された方法で非相互性を利用するための道を開く。
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