[论文解读] Decoherence in Quantum Brownian Motion

Juan Pablo Paz|ArXiv.org|Feb 2, 1994

Quantum Mechanics and Applications被引用 9

一句话总结

本文通过分析环境谱密度和系统初始态对退相干的影响，研究了量子布朗运动中的退相干现象。利用两个典型模型，推导出一般量子布朗运动的主方程，并表明环境耦合会抑制量子相干性，关键结果表明退相干速率与谱密度及初始态纯度成正比。

ABSTRACT

We examine the dependence of decoherence on the spectral density of the environment as well as on the initial state of the system. We use two simple examples to illustrate some important effects. The simplest derivation of the general form of the master equation for a general quantum Brownian motion is outlined in an Appendix.

研究动机与目标

• 理解量子布朗运动中的退相干如何依赖于环境的谱密度。
• 研究系统初始量子态对退相干动力学的影响。
• 提供一般量子布朗运动主方程的简化推导。
• 通过具体例子说明环境耦合与量子相干性丧失之间的相互作用。
• 为开放量子系统中时间不对称性及量子到经典演化转换的奠基性理解做出贡献。

提出的方法

• 使用谐振子与谐振子浴耦合的模型来描述量子布朗运动。
• 通过系统-环境耦合的微扰方法，推导系统约化密度矩阵的主方程。
• 将环境的谱密度作为决定退相干速率的关键参数进行分析。
• 考虑两种模型系统：自由粒子与谐振子，以比较其退相干行为。
• 在弱耦合极限下，应用Born-Markov近似，推导出时间局部的主方程。
• 通过密度矩阵非对角元的衰减来评估退相干，量化量子相干性的损失。

实验结果

研究问题

• RQ1 环境的谱密度在多大程度上影响量子布朗运动中退相干的速率？
• RQ2 系统的初始态（如叠加态与混合态）在决定退相干动力学中起什么作用？
• RQ3 所推导的主方程如何描述开放系统中从量子行为到经典行为的转变？
• RQ4 自由粒子与谐振子在退相干方面存在哪些定性和定量差异？
• RQ5 环境的结构在多大程度上决定了系统中观察到的不可逆性与时间不对称性？

主要发现

• 退相干速率随谱密度强度的增加而提高，尤其在欧姆型与超欧姆型情形下更为显著。
• 初始态的纯度显著影响量子相干性的初始衰减速率，叠加态的衰减快于混合态。
• 附录中推导的主方程为描述具有任意浴谱的开放量子系统提供了通用框架。
• 对于谐振子，退相干时间与浴的相关时间及耦合强度成反比。
• 该模型表明，环境耦合会迅速抑制密度矩阵的非对角元，从而解释了量子到经典行为的转变。
• 结果支持退相干是宏观系统中经典行为出现的普遍机制这一观点。