适用于全 regime 弱阻尼量子系统的精确 Lindblad 型主方程

量子系统的真实模型必须包含与环境的耗散相互作用。对于弱阻尼系统，Lindblad 型马尔可夫主方程因其易处理性和高效性而成为此任务的宝贵工具。然而，该方程仅当系统任意子跃迁的频率相等（简并）或其差远大于跃迁线宽（远失谐）时适用。在这两个 regime 之外，唯一可用的高效描述是 Bloch-Redfield（B-R）主方程，由于其不能保证密度矩阵的正定性，其有效性长期以来存在争议。跨所有 regime 高效模拟弱阻尼系统的能力正变得日益重要，尤其在量子技术领域。在此我们解决了这一长期存在的问题。我们发现，谱密度斜率上的一个条件足以推导出一个在所有 regime 都精确的 Lindblad 型主方程。我们进一步表明，该条件是弱阻尼系统由 B-R 方程或任何马尔可夫主方程描述所必需的。因此，我们在 B-R 方程的整个适用域内获得了其替代品，该替代品同样精确、结构更简单、完全正定、允许通过高效量子轨迹方法模拟，并统一了以往的 Lindblad 主方程。我们还通过精确模拟表明，新主方程可描述在演化过程中缓变跃迁频率相互交叉的系统。系统工程中发展的系统辨识工具在我们的分析中起着重要作用。我们期望这些工具在涉及复杂系统的物理学其他领域中被证明有用。