نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسنده

گروه فیزیک، دانشکدة محیط زیست دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه ‏

چکیده

مکانیک کوانتومی به عنوان یک قانون بنیادی در طبیعت بر روی سرعت تحول یک فرایند کوانتمی حد می‌گذارد. کوتاه‌ترین زمان لازم برای تحول سیستم از یک حالت اولیه به حالت هدف را زمان حد سرعت کوانتومی می‌گویند. محاسبۀ زمان حد سرعت کوانتومی برای سیستم‌های کوانتومی باز و بسته موضوع بسیاری از کارهای علمی در نظریۀ اطلاعات کوانتومی بوده است. زمان حد سرعت کوانتومی رابطۀ معکوس با سرعت تحول یک فرایند کوانتومی دارد. این رابطه به این صورت است که با افزایش زمان حد سرعت کوانتومی، میزان سرعت تحول کاهش پیدا می‌کند و برعکس. در این کار زمان حد سرعت کوانتومی را برای حالتی که در آن یک کیوبیت با یک محیط بحرانی برهم‌کنش دارد مورد مطالعه قرار خواهیم داد. فرض می‌کنیم محیط یک زنجیرۀ اسپینی با میدان عرضی باشد. مشاهده خواهیم کرد که زمان حد سرعت کوانتومی با همدوسی حالت اولیه رابطۀ مستقیم دارد. همچنین اثرات جفت شدگی محیط و سیستم را بر روی زمان حد سرعت کوانتومی مطالعه خواهیم کرد. ملاحظه می‌شود که با افزایش جفت شدگی زمان حد، سرعت کوانتومی کاهش پیدا می‌کند. همچنین مشاهده می‌شود با افزایش تعداد اسپین‌ها در زنجیرۀ اسپینی زمان حد سرعت کوانتومی کاهش پیدا می‌کند.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The study of quantum speed limit time in a quantum critical environment

نویسنده [English]

  • S Haseli

Department of Physics, Faculty of Environment, Urmia University of Technology, Urmia, Iran

چکیده [English]

Quantum theory sets a bound on the speed of quantum evolution. The shortest time needed for a quantm system to evolve from an initial state to the target state is known as the quantum speed limit time. The study of this time in open and closed quantum systems has been the subject of much work in quantum information theory. Quantum speed limit time is inversely related to the evolution rate of a quantum process. This relation is such that the speed of evolution decreases with increasing quantum speed limit time and vice versa. In this work we study the QSL time for the case in which a qubit interacts with a quantum critical environment. We choose the environment to be an Ising spin chain in a transverse field. It is observed that for the quantum speed limit time has a direct relation with quantum coherence of the initial state of the system. We will also study the effect of perturbation coupling on quantum speed limit time. It is observed that the quantum speed limit time decreases with increasing the coupling parameter. It is also observed that the quantum speed limit time decreases with increasing the number of spin in spin chain.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Quantum speed limit
  • Open quantum system
  • Quantum critical environment
  1. J D Bekenstein, Rev. Lett. 46 (1981) 623.
  2. V Giovanetti, S Lloyd, and L Maccone, Photonics 5 (2011) 222.
  3. Lloyd, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 237901.
  4. T Caneva, M Murphy, T Calarco, R Fazio, S Montangero, V Giovannetti, and G E Santoro, Phys. Rev. Lett. 103 (2009)
  5. A Uhlmann, Lett. A 161 (1992) 329.
  6. P Pfeifer, Rev. Lett. 70 (1993) 3365.
  7. V Giovannetti, S Lloyd, and L Maccone, Rev. A 67 (2003) 052109.
  8. P Pfeifer and J Frohlich, Mod. Phys. 67 (1995) 759.
  9. H F Chau, Rev. A 81 (2010) 062133.
  10. S Deffner and E Lutz, Phys. A Math. Theor. 46 (2013) 335302.
  11. L Mandelstam, I Tamm, Phys. (USSR) 9 (1945) 249.
  12. N Margolus and L B Levitin, D 120 (1998) 188.
  13. E B Davies, “Quantum Theory of Open Systems”, Academic Press, London, (1976).
  14. R Alicki, K Lendi, “Quantum Dynamical Semigroups and Applications”, 286 Springer, Berlin (1987).
  15. H P Breuer and F Petruccione, “The Theory of Open Quantum Systems”, Oxford University Press, Oxford, (2002).
  16. T Fogarty, S Deffner, T Busch, and S Campbell, Rev. Lett. 124 (2020) 110601.
  17. O Lychkovskiy, O Gamayun, and V Cheianov, Rev. Lett. 119 (2017) 200401.
  18. R Puebla, S Deffner, and S Campbell, Rev. Research 2 (2020) 032020.
  19. P M Poggi, arXiv:2002. (2020) 11147.
  20. F Campaioli, W Sloan, K Modi, and F A Pollock, Rev. A 100 (2019) 062328.
  21. D P Pires, M Cianciaruso, L C C´eleri, G Adesso, and D O Soares-Pinto, Rev. X 6 (2016) 021031.
  22. M M Taddei, B M Escher, L Davidovich, and R L De Matos Filho, Rev. Lett. 110 (2013).
  23. A del Campo, I L Egusquiza, M B Plenio, and S F Huelga, Rev. Lett. 110 (2013) 050403.
  24. S Deffner and E Lutz, Rev. Lett. 111 (2013) 010402.
  25. Z Sun, J Liu, J Ma, and X Wang, Rep. 5 (2015) 8444.
  26. D Mondal, C Datta, and S Sazim, Lett. A 380 (2016) 689.
  27. P J Jones and P Kok, Rev. A 82 (2010) 022107.
  28. Y J Zhang,W Han, Y J Xia, J P Cao, and H Fan, Rep. 4 (2014) 4890.
  29. N Mirkin, F Toscano, and D A Wisniacki, Rev. A 94 (2016).
  30. R Uzdin and R Kosloff, EPL (Europhysics Letters) 115 (2016) 40003.
  31. L Zhang, Y Sun, and S Luo, Lett. A 382 (2018) 2599.
  32. J Teittinen, H Lyyra, and S Maniscalco, New J. Phys. 21 (2019) 123041.
  33. A Ektesabi, N Behzadi, and E Faizi, Rev. A 95 (2017) 022115.
  34. X Cai and Y Zheng, Rev. A 95 (2017) 052104.
  35. S Deffner, New J. Phys. 19 (2017) 103018.
  36. S X.Wu and C S Yu, Rev. A 98 (2018) 042132.
  37. K Funo, N Shiraishi, and K Saito, New J. Phys. 21 (2019) 013006.
  38. D C Brody and B Longstaff, Rev. Research, 1 (2019) 033127.
  39. F Campaioli, F A Pollock, and K Modi, Quantum 3 (2019) 168.
  40. T Van Vu and Y Hasegawa (2020) arXiv:2005.02871.
  41. F Campaioli, C s Yu, F A Pollock, and K Modi, (2020), arXiv:2004.03078.
  42. H T Quan, Z Song, X F Liu, P Zanardi and C P Sun Rev. Lett. 96 (2006) 140604.
  43. Z Xi, X M Lu, Z Sun and Y Li, Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 44 (2011) 215501
  44. Y B Wei, J Zou, Z M Wang and B Shao, Scientific Reports 6 (2016) 19308.
  45. S Yin, J Song, and S Liu, 384. 16و 4 (2020) 126309.