Theory of multiscale decoherence in open quantum many-body systems

开放量子多体系统中的多尺度退相干理论

基本信息

批准号：
22K13983
负责人：
芳賀大樹
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Osaka Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年、実験技術の発展により多数の自由度からなる量子系の精密なコントロールが可能となったことで、量子コンピューティングといった次世代の量子技術への道が開かれつつある。しかしながら、このような量子系において外部環境との相互作用を完全に排除することはできない。量子系が環境とエネルギーをやり取りする過程で発生するデコヒーレンス（量子力学的な重ね合わせ状態の破壊）は、量子技術にとって障害となる。したがって、開放量子多体系のデコヒーレンスがどのようにして起こるのかを理解することは重要な課題である。開放量子系が時間と共にどのように発展するのかは、「リュウビリアン」とよばれる行列によって表現される。このリュウビリアンの固有ベクトル（固有状態）と固有値は、ちょうど振動する弦の基本振動モードと基本振動数に相当するものであり、開放量子系の時間発展の様子を決める重要な要素である。本研究課題の目標は、リュウビリアンの固有状態が示す様々な構造を特定・分類することで、開放量子多体系のダイナミクスを予測する理論を確立することにある。当該年度の研究では、以下の2つの事実が明らかとなった。1. リュウビリアンの固有状態は、複数の粒子が強く結びついた束縛状態を含むこと。各固有状態がダイナミクスにどのように寄与するのかは、その固有状態がどの束縛状態をいくつ含んでいるのかによって決まる。2. リュウビリアンの固有状態は、パラメータの値によって、マクロな秩序を持つ状態と無秩序な状態との間の相転移を起こすこと。前者の状態は磁性体における「強磁性状態」に、後者の状態は「常磁性状態」に相当する。これらの事実は、束縛状態や長距離秩序といった従来は平衡状態を記述するのに用いられてきた概念が、開放量子系のデコヒーレンスを特徴付ける動的モードにも拡張できることを意味している。

近年来，实验技术的开发已实现了具有许多自由度的量子系统的精确控制，并且正在打开下一代量子技术（例如量子计算）的途径。但是，在这样的量子系统中，与外部环境的相互作用无法完全消除。在量子系统与环境交换过程中发生的量子机械叠加状态的破坏（量子机械叠加态的破坏）是量子技术的障碍。因此，了解开放量子多体系统的破坏是一个重要的问题。随着时间的流逝，开放量子系统如何发展由称为“ lyubilian”的矩阵表达。该卢比利亚人的特征向量（本征态）和特征值对应于仅振动的弦的基本振动模式和基本频率，并且是确定开放量子系统时间演化的重要因素。该研究主题的目的是建立一种理论，该理论通过识别和分类由Ryubilians的特征状态所代表的各种结构来预测开放量子多体系统的动态。今年的研究揭示了两个事实：1。卢比利亚人的本征态必须包括一个有限的状态，其中多个粒子紧密相连。每个本征对动力学的贡献如何取决于本征态所包含多少个状态。 2。ryubilian的本征态导致具有宏观和无序状态状态的状态之间的相变，具体取决于参数的值。前一个状态对应于磁体中的“铁磁状态”，后者状态对应于“顺磁性状态”。这些事实暗示，传统上用来描述平衡状态的概念，例如结合状态和远程顺序，可以扩展到表征在开放量子系统中的变形的动态模式。