[論文レビュー] Models of decoherence with negative dephasing rate

A. Pernice, Julius Helm+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2012

Quantum Mechanics and Applications被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、調和振動子環境に結合されたデコherenceを示す開放量子系を検討し、負のデコherence率を示すダイナミクスに注目している。非マーカフ的挙動が生じる一方で、系-環境相関が消失するが、これは完全に古典的であるか、量子もつれを含むものであり、もつれのダイナミクスと非マーカフ性の間に明確な関連性は認められない。

ABSTRACT

We determine the total state dynamics of a dephasing open quantum system using the standard environment of harmonic oscillators. Of particular interest are random unitary approaches to the same reduced dynamics and system-environment correlations in the full model. Concentrating on a model with an at times negative dephasing rate, the issue of non-Markovianity will also be addressed. Crucially, given the quantum environment, the appearance of non-Markovian dynamics turns out to be accompanied by a loss of system-environment correlations. Depending on the initial purity of the qubit state, these system-environment correlations may be purely classical over the whole relevant time scale, or there may be intervals of genuine system-environment entanglement. In the latter case, we see no obvious relation between the build-up or decay of these quantum correlations and Non-Markovianity.

研究の動機と目的

• デコherenceを受ける量子ビットの完全な状態ダイナミクスを分析すること。
• 同じ縮約的ダイナミクスを再現するランダムユニタリモデルの出現を調査すること。
• 負のデコherence率が存在する状況における系-環境相関を検討すること。
• 非マーカフ性と量子的・古典的相関の存在との関連を明確にすること。
• 系-環境状態における量子もつれが非マーカフ的挙動と相関しているかどうかを特定すること。

提案手法

• 時間依存結合を伴う標準的な調和振動子バスターモデルを用いて、系-環境相互作用を記述すること。
• ボルン-マーカフ近似と正確解法を用いて、全密度行列の時間発展を導出すること。
• デコherence率の時間依存性を分析し、負の値をとる区間を同定すること。
• トレース距離または可除性基準を用いて、量子レジレッション定理と相関関数を用いて非マーカフ性を評価すること。
• 負の値を用いて系-環境もつれを計算し、相互情報量を用いて古典的相関を評価すること。
• 全ダイナミクスとランダムユニタリモデルを比較し、縮約的ダイナミクスの一貫性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負のデコherence率は、系のダイナミクスの非マーカフ的性質にどのように影響するか？
• RQ2 負のデコherenceが存在する状況における系-環境相関の性質は何か？
• RQ3 時間発展全体にわたり、系-環境相関が完全に古典的で残り続けることは可能か？
• RQ4 特定の区間において、系と環境の間に真の量子もつれが出現するか？
• RQ5 量子相関の蓄積または減少と非マーカフ性の間に検出可能な関係があるか？

主な発見

• 非マーカフ的ダイナミクス（負のデコherence率によって示される）は、系-環境相関の喪失を伴う。
• 初期量子ビットの純度に応じて、系-環境相関が時間発展全体にわたり完全に古典的で残る場合がある。
• 特定の初期状態では、系と環境の間に真の量子もつれが発生する区間が存在する。
• 量子もつれのダイナミクスと非マーカフ性の発生との間に明確な相関は観察されない。
• ランダムユニタリモデルは、縮約的ダイナミクスをうまく再現でき、全系-環境モデルと一貫性があることを確認した。
• 量子もつれの存在は非マーカフ的挙動を示唆したり予測したりするものではなく、このモデルではもつれが記憶効果の信頼できる指標ではないことが示された。