[论文解读] Tunneling and vibrational relaxation in driven multi-level systems

Michael Thorwart, Milena Grifoni+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 1999

Quantum optics and atomic interactions被引用 3

一句话总结

本文通过离散变量表象推导的非马尔可夫主方程，为受驱动、耗散的多能级量子系统中的隧穿与振动弛豫提出了一套统一的理论框架。该理论在摩擦低于能级展宽或温度不过低时具有解析描述的有效性，其结果已通过实时路径积分模拟得到验证。

ABSTRACT

We investigate on a unified basis tunneling and vibrational relaxation in driven dissipative multi-stable systems described by their N lowest lying unperturbed levels. By use of the discrete variable representation} we derive a set of coupled non-Markovian master equations. We present analytical treatments that well describe the dynamics as long as the friction strength does not exceed level-broadening amongst neighbouring doublets or the temperature is not too low. This is corroborated by ``ab-initio'' real-time path integral calculations.

研究动机与目标

• 为受驱动、耗散的多稳态量子系统中的隧穿与振动弛豫发展统一的描述方法。
• 采用非马尔可夫方法对这类系统中N个最低能级的非微扰态动力学进行建模。
• 识别解析处理在非马尔可夫动力学中仍有效的参数区域，特别是关于摩擦和温度的影响。
• 通过从头算的实时路径积分计算验证解析结果。

提出的方法

• 利用离散变量表象（DVR）推导系统密度矩阵的耦合非马尔可夫主方程。
• 构建一组耦合方程，同时描述隧穿与能量耗散过程。
• 在摩擦低于能级展宽或温度足够高的条件下应用解析近似。
• 通过直接从头算的实时路径积分模拟验证解析结果。
• 利用非马尔可夫形式化捕捉系统-热库相互作用中的记忆效应，超越马尔可夫假设。
• 聚焦于外部驱动下N能级系统的动力学，重点研究弛豫与隧穿路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 在受驱动的多能级量子系统中，隧穿与振动弛豫如何共存并相互影响？
• RQ2 此类系统中非马尔可夫动力学的解析处理在多大程度上保持有效？
• RQ3 摩擦强度与能级展宽之间的相互作用如何影响解析近似的准确性？
• RQ4 在何种条件下温度会显著改变动力学行为？该模型如何捕捉这一效应？
• RQ5 从头算路径积分模拟在多大程度上证实了解析框架的预测？

主要发现

• 推导出的非马尔可夫主方程成功描述了受驱动多能级系统中的隧穿与振动弛豫。
• 当摩擦强度低于相邻双重态的能级展宽时，解析解具有高精度。
• 在较高温度下，解析处理仍保持有效，此时热效应主导于量子相干效应。
• 从头算的实时路径积分计算在测试的参数范围内证实了解析框架的预测。
• 统一方法捕捉了耗散中的记忆效应，在非平衡动力学中优于马尔可夫近似。
• 该方法能够一致地模拟复杂多能级量子系统中的相干隧穿与非相干弛豫。