Quantengeschwindigkeitsgrenzen für Operatorflüsse und Korrelationsfunktionen

Neuauflage von Plato

Verfolger: 0

Nicoletta Carabba¹, Niklas Hörnedal^1,2, und Adolfo del Campo^1,3

¹Institut für Physik und Materialwissenschaften, Universität Luxemburg, L-1511 Luxemburg, GD Luxemburg
²Fysikum, Stockholms Universitet, 106 91 Stockholm, Schweden
³Internationales Physikzentrum Donostia, E-20018 San Sebastián, Spanien

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Abstrakt

Quantum Speed Limits (QSLs) identifizieren grundlegende Zeitskalen physikalischer Prozesse, indem sie Untergrenzen für die Änderungsrate eines Quantenzustands oder den Erwartungswert einer Observable angeben. Wir führen eine Verallgemeinerung von QSL für unitäre Operatorflüsse ein, die in der Physik allgegenwärtig und für Anwendungen sowohl im Quanten- als auch im klassischen Bereich relevant sind. Wir leiten zwei Arten von QSLs ab und bewerten die Existenz einer Überschneidung zwischen ihnen, die wir mit einem Qubit und einem Zufallsmatrix-Hamiltonian als kanonische Beispiele veranschaulichen. Wir wenden unsere Ergebnisse ferner auf die zeitliche Entwicklung von Autokorrelationsfunktionen an, um berechenbare Einschränkungen für die lineare dynamische Reaktion von Quantensystemen außerhalb des Gleichgewichts und die Quanten-Fisher-Informationen zu erhalten, die die Genauigkeit bei der Schätzung von Quantenparametern bestimmen.

Populäre Zusammenfassung

Die Natur der Zeit war schon immer eines der am meisten diskutierten Themen in der Geschichte der Menschheit, das verschiedene Bereiche des menschlichen Wissens einbezieht und miteinander in Beziehung setzt. In der Quantenphysik wird die Zeit nicht wie die Position als Observable, sondern als Parameter behandelt. Dementsprechend sind die Heisenbergsche Unschärferelation und die Zeit-Energie-Unschärferelation von grundlegend unterschiedlicher Natur. Letztere wurde 1945 von Mandelstam und Tamm als Quantengeschwindigkeitsbegrenzung (QSL) verfeinert, d. h. als Untergrenze für die Zeit, die der Quantenzustand eines physikalischen Systems benötigt, um sich in einen unterscheidbaren Zustand zu entwickeln. Diese neue Vision führte zu einer produktiven Reihe von Arbeiten, die den Begriff QSL auf verschiedene Arten von Quantenzuständen und physikalischen Systemen ausdehnten. Trotz jahrzehntelanger Forschung konzentriert sich QSL bis heute auf die Unterscheidbarkeit von Quantenzuständen, was für Anwendungen wie Quantencomputer und Metrologie selbstverständlich ist. Andere Anwendungen beinhalten jedoch Operatoren, die als Funktion der Zeit fließen oder sich entwickeln. Herkömmliche QSL sind in diesem Zusammenhang nicht anwendbar.

In dieser Arbeit stellen wir eine neue QSL-Klasse vor, die für einheitliche Operatorflüsse formuliert ist. Wir verallgemeinern die berühmten Mandelstam-Tamm- und Margolus-Levitin-Geschwindigkeitsbegrenzungen für Bedienerflüsse, demonstrieren ihre Gültigkeit in einfachen und komplexen Systemen und veranschaulichen ihre Relevanz für gebundene Antwortfunktionen in der Physik der kondensierten Materie. Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse weitere Anwendungen finden werden, darunter unter anderem die Dynamik integrierbarer Systeme, Renormierungsgruppen und Quantenkomplexität.

► BibTeX-Daten

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Zitiert von

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Quelle: https://quantum-journal.org/papers/q-2022-12-22-884/

Zeitstempel: 22. Dezember 2022

Zeitstempel: 12. Juni 2023

Quantengeschwindigkeitsbegrenzungen für Operatorflüsse und Korrelationsfunktionen

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