通过马尔可夫性与非马尔可夫性区分量子动力学

为研究各类量子动力学，发展有效方法来探测并区分不同量子动力学十分重要。一种常见的非破坏式方法是耦合辅助系统（ ancilla）到目标系统，并仅测量辅助系统。如此，目标系统成为辅助系统的环境。因此，目标系统的不同量子动力学将对应于不同的环境性质。本文解析研究呈现局域化、离域化与退相位三类量子动力学的 XX 自旋链，并建立马尔可夫性与非马尔可夫性——环境最常见的两类性质——之间的联系。对于耦合到 XX 链的量子比特，我们通过投影法导出其约化密度矩阵。进一步，当 XX 链引入退相位噪声时，我们通过引入开放系统相互作用绘景（对 Dirac 相互作用绘景的修正）推广了投影法。通过解析与数值计算量子比特的约化密度矩阵，我们发现若不考边界效应，离域化（局域化）链对应于马尔可夫（非马尔可夫）浴，而含退相位噪声的链作为浴的特征依赖于退相位强度。这三类量子动力学可仅通过测量量子比特加以区分。