Modelos de estrutura teórica de campo unificados abrem spins quânticos em todos os regimes de acoplamento e memória
Sistemas quânticos abertos aparecem em computadores quânticos, ímãs quânticos e spintrônica, mas seu comportamento é extremamente difícil de modelar. O ambiente introduz efeitos de memória (dinâmica não Markoviana) e fortes interações sistema-banho (regimes não perturbativos), onde a maioria dos métodos existentes falham ou exigem a alternância entre técnicas totalmente diferentes, dependendo dos parâmetros. Esta pesquisa apresenta uma estrutura única e unificada que pode lidar com todos esses regimes de interação de spins quânticos acoplados a ambientes bosônicos.
A abordagem combina a teoria de campo de Schwinger-Keldysh com a ação efetiva irredutível de duas partículas (2PI) e usa crucialmente uma expansão 1/N dos bósons de Schwinger em vez de uma expansão perturbativa no acoplamento sistema-banho. Isto permite que o método permaneça preciso mesmo em regimes fortemente não perturbativos. A estrutura pode calcular quantidades avançadas, como correlações de spin multitempo, que são essenciais para a compreensão das transições de fase quântica e do transporte fora de equilíbrio em materiais quânticos.
Os autores comparam o seu método com simulações de redes de tensores quase exactas do modelo de spin-bóson, mostrando excelente concordância nos regimes onde os métodos de redes de tensores são aplicáveis, e depois aplicam-no a modelos de cadeias de spin mais complexos com múltiplos banhos onde nenhum outro método funciona actualmente. Como suporta valor de spin arbitrário, geometria, dimensionalidade e função espectral de banho, a estrutura oferece uma rota geral e computacionalmente tratável para simular sistemas quânticos abertos de muitos corpos.
No geral, este trabalho fornece uma poderosa ferramenta teórica de campo para o estudo de sistemas quânticos dissipativos dirigidos, com aplicações que vão desde a computação quântica até a magnônica quântica e a spintrônica.
Quer saber mais sobre esse assunto?
Teoria de campo de Keldysh para sistemas quânticos abertos acionados por LM Sieberer, M Buchhold e S Diehl (2016)