[论文解读] 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 2

一句话总结

本文研究了一个与谐振子环境耦合的退相干开放量子系统，重点关注退相干率呈负值时的动力学行为。研究发现，非马尔可夫行为与系统-环境关联性的丧失同时出现，这种关联性可能完全为经典关联，也可能包含量子纠缠，但量子纠缠动力学与非马尔可夫性之间并无明确关联。

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.

研究动机与目标

• 分析在谐振子环境中发生退相干的量子比特的完整态动力学。
• 研究能够重现相同约化动力学的随机酉模型的出现。
• 在负退相干率存在的情况下，考察系统-环境关联性。
• 澄清非马尔可夫性与量子关联或经典关联存在之间的关系。
• 确定系统-环境态中的量子纠缠是否与非马尔可夫行为相关。

提出的方法

• 使用具有时变耦合的标准谐振子热浴来建模系统-环境相互作用。
• 利用Born-Markov近似与精确解法技术推导总密度矩阵的演化。
• 分析退相干率的时间依赖性，识别其变为负值的时间区间。
• 利用量子回归定理与关联函数，通过迹距离或可分性准则评估非马尔可夫性。
• 通过否定性计算系统-环境纠缠，通过互信息计算经典关联。
• 将完整动力学与随机酉模型进行比较，以验证约化动力学的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 负退相干率如何影响系统动力学的非马尔可夫特性？
• RQ2 在负退相干存在的情况下，系统-环境关联性的本质是什么？
• RQ3 系统-环境关联性在整个时间演化过程中是否可能始终保持纯经典？
• RQ4 是否存在系统与环境之间真正量子纠缠出现的时间区间？
• RQ5 量子关联的建立或衰减与非马尔可夫性之间是否存在可检测的关联？

主要发现

• 由负退相干率指示的非马尔可夫动力学，伴随着系统-环境关联性的丧失。
• 根据初始量子比特的纯度，系统-环境关联性在整个时间演化过程中可能始终保持纯经典。
• 对于某些初始态，系统与环境之间会出现真正量子纠缠的时间区间。
• 在量子纠缠动力学与非马尔可夫性发生之间未观察到明确关联。
• 随机酉模型能够成功重现约化动力学，证实其与完整系统-环境模型的一致性。
• 量子纠缠的存在并不能指示或预测非马尔可夫行为，表明在此模型中纠缠并非记忆效应的可靠指标。