量子多体理论：有限尺寸自旋浴中量子比特退相干

中心自旋或量子比特在自旋浴中的退相干本质上由多体浴演化决定。我们发展了一种用于量子比特退相干问题中相关自旋浴动力学的簇相关展开（CCE）理论。将一组浴自旋的演化除以该组所有子组的簇相关后，即可递归定义簇相关项。所定义的相关性 accounts for 给定组内真实的集体激发。浴传播子是所有可能簇相关项的乘积。在如量子比特退相干问题所涉及的有限时间演化中，可通过在特定簇大小处截断展开来获得收敛结果。两种自旋簇截断的CCE对应于配对相关近似[PRB 74,195301(2006)]。从标准链表簇展开的角度看，簇相关项是所有连通图的无限求和，这些图的所有和仅有的翻转的自旋都包含在其中，因此当展开收敛时该结果是精确的。当每个高阶相关项对退相干贡献微小时（即相对较大的浴中退相干可在浴自旋翻转时间尺度内完成的常规情况下），CCE与簇展开[PRB 74,035322(2006)]一致。然而对于小浴来说，量子比特退相干可能无法在浴自旋翻转时间尺度内完成，因此各个高阶簇相关项可能具有显著贡献。在这种情况下，只有CCE才能收敛到多自旋簇的精确相干动力学。我们在一个恰好可解的自旋链模型中检验了CCE的准确性。