Limiti di velocità quantistica sui flussi degli operatori e funzioni di correlazione

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Nicoletta Carabba¹, Niklas Hornedal^1,2, Adolfo del Campo^1,3

¹Dipartimento di Fisica e Scienza dei Materiali, Università del Lussemburgo, L-1511 Lussemburgo, GD Lussemburgo
²Fysikum, Stockholms Universitet, 106 91 Stoccolma, Svezia
³Donostia International Physics Center, E-20018 San Sebastián, Spagna

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Astratto

I limiti di velocità quantistica (QSL) identificano le scale temporali fondamentali dei processi fisici fornendo limiti inferiori al tasso di cambiamento di uno stato quantico o al valore di aspettativa di un osservabile. Introduciamo una generalizzazione di QSL per flussi di operatori unitari, che sono onnipresenti in fisica e rilevanti per applicazioni sia nel dominio quantistico che in quello classico. Deriviamo due tipi di QSL e valutiamo l'esistenza di un crossover tra di loro, che illustriamo con un qubit e un hamiltoniano a matrice casuale, come esempi canonici. Applichiamo ulteriormente i nostri risultati all'evoluzione temporale delle funzioni di autocorrelazione, ottenendo vincoli calcolabili sulla risposta dinamica lineare dei sistemi quantistici fuori equilibrio e le informazioni di Fisher quantistiche che regolano la precisione nella stima dei parametri quantistici.

Riepilogo popolare

La natura del tempo è da sempre uno dei temi più dibattuti nella storia dell'uomo, coinvolgendo e mettendo in relazione diversi ambiti del sapere umano. Nella fisica quantistica, il tempo, invece di essere un'osservabile come posizione, è trattato come un parametro. Di conseguenza, il principio di indeterminazione di Heisenberg e la relazione di indeterminazione tempo-energia sono di natura profondamente diversa. Nel 1945 quest'ultimo fu perfezionato da Mandelstam e Tamm come limite di velocità quantistica (QSL), cioè un limite inferiore del tempo necessario allo stato quantico di un sistema fisico per evolvere in uno stato distinguibile. Questa nuova visione ha dato origine a una prolifica serie di lavori che estendono la nozione di QSL a diversi tipi di stati quantistici e sistemi fisici. Nonostante decenni di ricerca, QSL fino ad oggi rimane focalizzata sulla distinguibilità dello stato quantistico, naturale per applicazioni come l'informatica quantistica e la metrologia. Tuttavia, altre applicazioni coinvolgono operatori che scorrono o si evolvono in funzione del tempo. In questo contesto, le QSL convenzionali sono inapplicabili.

In questo lavoro introduciamo una nuova classe di QSL formulata per flussi di operatori unitari. Generalizziamo i celebri limiti di velocità di Mandelstam-Tamm e Margolus-Levitin ai flussi di operatori, dimostriamo la loro validità in sistemi semplici e complessi e illustriamo la loro rilevanza per le funzioni di risposta vincolata nella fisica della materia condensata. Ci aspettiamo che le nostre scoperte trovino ulteriori applicazioni, tra cui la dinamica dei sistemi integrabili, il gruppo di rinormalizzazione e la complessità quantistica, tra gli altri esempi.

► dati BibTeX

@article{Carabba2022quantumspeedlimits, doi = {10.22331/q-2022-12-22-884}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-12-22-884}, title = {Velocità quantistica limiti sui flussi di operatori e funzioni di correlazione}, autore = {Carabba, Nicoletta e H{“{o}}rnedal, Niklas e Campo, Adolfo del}, rivista = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, editore = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {6}, pagine = {884}, mese = dec, anno = {2022} }

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[1] Mir Afrasiar, Jaydeep Kumar Basak, Bidyut Dey, Kunal Pal e Kuntal Pal, "Evoluzione temporale della complessità diffusa nel modello Lipkin-Meshkov-Glick spento", arXiv: 2208.10520.

[2] Farha Yasmin e Jan Sperling, "Accelerazione quantistica assistita dall'entanglement: superare i limiti di velocità quantistica locali", arXiv: 2211.14898.

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2022-12-23 04:22:47). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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