重复相互作用协议下的平衡与非平衡稳态：弛豫动力学与能量代价
量子物理
2025-01-10 v1
摘要
我们研究了一个量子比特系统通过重复相互作用方案与热化浴辅助自旋相互作用的动力学。考虑系统的通用初始条件，并采用系统与辅助自旋之间的海森堡型相互作用，我们解析证明了以下几点：(i) 系统量子比特的布居和相干性独立演化，趋向于一个非平衡稳态解，该解在量子比特的能量本征基上是对角的。布居以几何方式弛豫到该状态，而相干性则通过更复杂的行为衰减。(ii) 在长时间极限下，系统趋近于一个通常不同于辅助自旋热态的稳态。我们推导了这个稳态解，并展示了其对相互作用参数和碰撞频率的依赖。(iii) 我们界定了在指定误差容限内达到稳态所需的相互作用步数，并评估了该过程的能量代价。我们的关键发现是，确定性的系统-辅助自旋相互作用通常不会导致系统热化到辅助自旋的热态。相反，它们产生了一个不同的非平衡稳态，我们明确推导了该状态。然而，我们也识别了一个操作区间，该区间通过少数几次长且可能随机的碰撞导致热化。
引用
@article{arxiv.2501.05392,
title = {Equilibrium and nonequilibrium steady states with the repeated interaction protocol: Relaxation dynamics and energetic cost},
author = {Alessandro Prositto and Madeline Forbes and Dvira Segal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.05392},
year = {2025}
}