[논문 리뷰] Models of decoherence with negative dephasing rate

A. Pernice, Julius Helm외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 20.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 조화 진동자 환경에 결합된 비에르고딕 열린 양자 시스템을 조사하며, 부정적인 디코herence 속도를 가진 동역학에 초점을 맞춘다. 비마르코프성 동역학이 시스템-환경 상관관계의 손실과 함께 나타나며, 이 상관관계는 순수하게 고전적일 수도 있고 양자 얽힘을 포함할 수도 있다. 그러나 양자 얽힘의 동역학과 비마르코프성 사이에 명확한 연관성이 없음을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 조화 진동자 환경에서 디코herence를 겪는 큐비트의 전체 상태 동역학을 분석하기 위해.
• 동일한 감소된 동역학을 재현하는 무작위 유니타리 모델의 등장을 조사하기 위해.
• 부정적인 디코herence 속도가 존재하는 조건에서 시스템-환경 상관관계를 검토하기 위해.
• 비마르코프성과 양자적 또는 고전적 상관관계 존재 간의 관계를 명확히 하기 위해.
• 시스템-환경 상태에서의 양자 얽힘의 존재가 비마르코프성과 상관관계가 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 시간에 따라 변화하는 결합을 가진 표준 조화 진동자 버스를 사용하여 시스템-환경 상호작용을 모델링하기 위해.
• 보른-마르코프 근사와 정확한 해 기법을 사용하여 총 밀도 행렬의 진화를 유도하기 위해.
• 디코herence 속도의 시간 의존성을 분석하고, 부정적인 값으로 변하는 간격을 식별하기 위해.
• 트레이스 거리 또는 분할 가능성 기준을 통해 비마르코프성을 평가하기 위해 양자 회귀 정리와 상관 함수를 사용하기 위해.
• 부정성과 상호정보량을 통해 시스템-환경 얽힘과 고전적 상관관계를 계산하기 위해.
• 감소된 동역학의 일관성을 검증하기 위해 전체 동역학과 무작위 유니타리 모델을 비교하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부정적인 디코herence 속도는 시스템의 비마르코프 성질에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 부정적인 디코herence 존재 조건에서 시스템-환경 상관관계의 성격은 무엇인가?
• RQ3 전 시간 진화 동안 시스템-환경 상관관계가 순수하게 고전적인 상태로 유지될 수 있는가?
• RQ4 시스템과 환경 사이에 진정한 양자 얽힘이 나타나는 간격이 존재하는가?
• RQ5 양자 상관관계의 축적 또는 감소와 비마르코프성 간에 감지 가능한 관계가 존재하는가?

주요 결과

• 비마르코프 동역학은 부정적인 디코herence 속도에 의해 나타나며, 이는 시스템-환경 상관관계의 손실과 함께 나타난다.
• 큐비트의 초기 순수도에 따라, 시스템-환경 상관관계가 전체 시간 진화 동안 순수하게 고전적인 상태로 유지된다.
• 일부 초기 상태에서는 시스템과 환경 사이에 진정한 양자 얽힘이 나타나는 간격이 존재한다.
• 양자 얽힘의 동역학과 비마르코프성 발생 사이에 명확한 상관관계가 관찰되지 않는다.
• 무작위 유니타리 모델은 감소된 동역학을 성공적으로 재현하며, 전체 시스템-환경 모델과의 일관성을 확인한다.
• 시스템-환경 상태에서의 양자 얽힘의 존재는 비마르코프성을 나타내거나 예측하지 못하며, 이는 이 모델에서 얽힘은 기억 효과를 나타내는 신뢰할 수 있는 지표가 아니라는 것을 시사한다.