算子流和相关函数的量子速度限制

算子流和相关函数的量子速度限制

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妮可莱塔·卡拉巴1, 尼克拉斯·霍内达尔1,2和阿道夫德尔坎波1,3

1卢森堡大学物理与材料科学系,L-1511 Luxembourg, GD Luxembourg
2Fysikum, Stockholms Universitet, 106 91 斯德哥尔摩, 瑞典
3Donostia国际物理中心,E-20018西班牙圣塞瓦斯蒂安

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抽象

量子速度限制 (QSL) 通过提供量子态变化率的下限或可观察值的期望值来识别物理过程的基本时间尺度。 我们介绍了酉算子流的 QSL 推广,它在物理学中无处不在,并且与量子和经典领域的应用相关。 我们推导出两种类型的 QSL 并评估它们之间交叉的存在,我们用一个量子位和一个随机矩阵哈密顿量来说明,作为典型的例子。 我们进一步将我们的结果应用于自相关函数的时间演化,获得了对失衡的量子系统的线性动态响应的可计算约束以及控制量子参数估计精度的量子 Fisher 信息。

时间的本质一直是人类历史上争论最多的主题之一,涉及并关联人类知识的不同领域。 在量子物理学中,时间不是像位置那样可观察的,而是被视为参数。 因此,海森堡测不准原理和时间-能量测不准关系具有截然不同的性质。 1945 年,Mandelstam 和 Tamm 将后者细化为量子速度限制 (QSL),即物理系统的量子态演变成可区分状态所需时间的下限。 这一新愿景催生了一系列多产的作品,将 QSL 的概念扩展到不同种类的量子态和物理系统。 尽管进行了数十年的研究,但迄今为止,QSL 仍然专注于量子态的可区分性,这对于量子计算和计量学等应用来说是自然而然的。 然而,其他应用程序涉及运算符随时间流动或演化。 在这种情况下,传统的 QSL 是不适用的。

在这项工作中,我们介绍了一类为单一运算符流程制定的新 QSL。 我们将著名的 Mandelstam-Tamm 和 Margolus-Levitin 速度限制推广到操作流,证明了它们在简单和复杂系统中的有效性,并说明了它们与凝聚态物理学中的边界响应函数的相关性。 我们希望我们的发现能够找到更多的应用,包括可积系统的动力学、重整化群和量子复杂性等。

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