Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Теоретическая и математическая физика

Алгебраические аспекты динамики квантовых многоуровневых систем в методе проекционного оператора

Nikolai Nikolaevich Bogoliubov, N. N. Bogolyubov, Солдатов Андрей Владимирович, Andrey Vladimirovich Soldatov

Published Jan 1, 2018• 0 citations
Publisher

Abstract

АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДИНАМИКИ КВАНТОВЫХ МНОГОУРОВНЕВЫХ СИСТЕМ В МЕТОДЕ ПРОЕКЦИОННОГО ОПЕРАТОРА Методом проекционного оператора получены приближенные локальные и нелокальные по времени управляющие уравнения для редуцированного статистического оператора многоуровневой квантовой системы с конечным числом N собственных квантовых состояний, взаимодействующей одновременно с произвольными внешними классическими полями и диссипативным окружением.Показано, что структура полученных уравнений существенно упрощается, если свободная гамильтонова динамика многоуровневой системы под воздействием внешних полей, а также ее марковская и немарковская эволюции, обусловленные взаимодействием с окружением, описываются посредством представления многоуровневой системы в терминах алгебры SU (N ), что позволяет реализовать эффективные численные алгоритмы решения полученных уравнений при исследовании реальных проблем в разнообразных областях теоретической и прикладной физики.

DOI
10.4213/tmf9395

Related papers

Кинетическое состояние и возникновение марковской динамики в точно решаемых моделях открытых квантовых систем

Anton Sergeevich Trushechkin

Обычно в теории открытых квантовых систем исследуется динамика приведенного состояния (оператора плотности) системы. Однако на ранних стадиях эволюции нельзя отделить динамику резервуара от динамики системы. С этим связано нарушение положительности решений некоторых квантовых кинетических уравнений для приведенного оператора плотности. В данной работе исследуется совместная динамика системы и резервуара на ранней стадии эволюции и предрелаксация совместного состояния к так называемому кинетическому состоянию. Кинетическое состояние системы и резервуара характеризуется тем, что оно полностью определяется приведенным оператором плотности только системы. Лишь после формирования кинетического состояния становится возможным описание эволюции приведенного оператора плотности системы в терминах полугруппы.

Труды Математического института им Стеклова•Mar 1, 2024•0 citations

Флуоресценция некогерентно возбуждаемой открытой квантовой полярной системы под воздействием нерезонансного импульса

Andrey Vladimirovich Soldatov

Методами неравновесной квантовой статистической механики смоделирован и исследован процесс высокочастотной флуоресценции двухуровневой открытой квантовой системы, обладающей постоянным электрическим дипольным моментом и взаимодействующей с нерезонансным импульсом монохроматического электромагнитного (лазерного) поля. Исследованная система может быть реализована посредством одноэлектронной асимметричной полупроводниковой квантовой точки, обладающей неравными диагональными матричными элементами оператора электрического дипольного момента в основном и возбужденном квантовых состояниях. Квантовая точка непрерывно возбуждается посредством некогерентной накачки и взаимодействует с диссипативным окружением, а также с амплитудно-модулированным импульсом, несущая частота которого намного меньше частоты оптического перехода квантовой точки. Получено явное выражение для зависящего от времени спектра интенсивности флуоресценции как функции амплитуды, длительности, фазы и частоты несущего монохроматического поля прямоугольного импульса, а также интенсивности накачки и времени наблюдения. Показано, что импульс сам по себе не вносит сколько-нибудь заметного энергетического вклада в интенсивность флуоресценции, а скорее способствует распределению энергии некогерентной накачки по совокупности спектральных пиков, которые возникают под воздействием этого импульса вместо единственного спектрального пика флуоресценции, наблюдаемого до прихода импульса и после его прохождения.

Теоретическая и математическая физика•Nov 29, 2025•0 citations

Некоторые управляемые и неуправляемые вырожденные четырехуровневые квантовые системы

Anastasia Aleksandrovna Myachkova, Alexander Nikolaevich Pechen

Анализируется управляемость трех квантовых систем, принадлежащих некоторому классу четырехуровневых квантовых систем с дважды вырожденным высшим возбужденным энергетическим уровнем и с одним запрещенным переходом между остальными двумя невырожденными уровнями. Для этого проведены численные вычисления, построены динамические алгебры Ли, порожденные всеми коммутаторами свободного гамильтониана и гамильтониана взаимодействия, и показано, что две из рассматриваемых квантовых систем являются неприводимыми и управляемыми, а одна - приводимой и, следовательно, неуправляемой. Приводимость и неуправляемость доказываются построением сохраняющегося эрмитова оператора (физической наблюдаемой). Управляемость подтверждается построением динамической алгебры Ли и доказательством того, что она имеет максимальный ранг. Проведенный анализ показывает, что в зависимости от значений некоторых конкретных матричных элементов гамильтониана взаимодействия квантовые системы из рассмотренного класса являются либо неуправляемыми, либо управляемыми.

Труды Математического института им Стеклова•Jun 1, 2023•0 citations

Вывод квантового кинетического уравнения Редфилда и поправок к нему по методу Боголюбова

Anton Sergeevich Trushechkin

Дается вывод квантового линейного кинетического уравнения Редфилда, широко используемого в теории открытых квантовых систем, с помощью идей, использованных Н.Н. Боголюбовым при выводе классических и квантовых нелинейных кинетических уравнений. Данный метод позволяет вычислять совместное состояние системы и резервуара в каждый момент времени, а также получать квантовые кинетические уравнения как автономные дифференциальные уравнения в произвольном порядке теории возмущений. Доказывается, что при определенных условиях выражения для поправок всех порядков корректно определены. Обсуждается вопрос марковости квантовой динамики, описываемой выведенными квантовыми кинетическими уравнениями.

Труды Математического института им Стеклова•Jun 1, 2021•2 citations

Динамика наблюдаемых резервуара в рамках метода проекционных операторов Цванцига теории открытых квантовых систем

Anton Sergeevich Trushechkin

Одним из основных методов описания динамики открытых квантовых систем являются квантовые кинетические уравнения. Эти уравнения описывают динамику приведенного оператора плотности системы, взаимодействующей с резервуаром. При этом по степеням свободы резервуара проводится усреднение, что не позволяет описывать динамику наблюдаемых резервуара. В данной работе показывается, что в рамках метода проекционных операторов Цванцига, с помощью которого выводятся квантовые кинетические уравнения, можно также вывести и уравнения динамики наблюдаемых резервуара. В качестве примера выводятся уравнения динамики среднего числа квантов (фотонов, фононов) бозонного резервуара в приближении его слабой связи с системой для случая гамильтониана дипольного взаимодействия.

Труды Математического института им Стеклова•Sep 1, 2019•1 citation

Метод стохастического предела и интерференция в квантовых многочастичных системах

I. Ya. Aref’eva, Igor Vasil'evich Volovich, Sergei Vladimirovich Kozyrev

Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.

Теоретическая и математическая физика•Jun 1, 2015•10 citations
АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДИНАМИКИ КВАНТОВЫХ МНОГОУРОВНЕВЫХ СИСТЕМ В МЕТОДЕ ПРОЕКЦИОННОГО ОПЕРАТОРА Методом проекционного оператора получены приближенные локальные и нелокальные по времени управляющие уравнения для редуцированного статистического оператора многоуровневой квантовой системы с конечным числом N собственных квантовых состояний, взаимодействующей одновременно с произвольными внешними классическими полями и диссипативным окружением.Показано, что структура полученных уравнений существенно упрощается, если свободная гамильтонова динамика многоуровневой системы под воздействием внешних полей, а также ее марковская и немарковская эволюции, обусловленные взаимодействием с окружением, описываются посредством представления многоуровневой системы в терминах алгебры SU (N ), что позволяет реализовать эффективные численные алгоритмы решения полученных уравнений при исследовании реальных проблем в разнообразных областях теоретической и прикладной физики.
Обычно в теории открытых квантовых систем исследуется динамика приведенного состояния (оператора плотности) системы. Однако на ранних стадиях эволюции нельзя отделить динамику резервуара от динамики системы. С этим связано нарушение положительности решений некоторых квантовых кинетических уравнений для приведенного оператора плотности. В данной работе исследуется совместная динамика системы и резервуара на ранней стадии эволюции и предрелаксация совместного состояния к так называемому кинетическому состоянию. Кинетическое состояние системы и резервуара характеризуется тем, что оно полностью определяется приведенным оператором плотности только системы. Лишь после формирования кинетического состояния становится возможным описание эволюции приведенного оператора плотности системы в терминах полугруппы.
Методами неравновесной квантовой статистической механики смоделирован и исследован процесс высокочастотной флуоресценции двухуровневой открытой квантовой системы, обладающей постоянным электрическим дипольным моментом и взаимодействующей с нерезонансным импульсом монохроматического электромагнитного (лазерного) поля. Исследованная система может быть реализована посредством одноэлектронной асимметричной полупроводниковой квантовой точки, обладающей неравными диагональными матричными элементами оператора электрического дипольного момента в основном и возбужденном квантовых состояниях. Квантовая точка непрерывно возбуждается посредством некогерентной накачки и взаимодействует с диссипативным окружением, а также с амплитудно-модулированным импульсом, несущая частота которого намного меньше частоты оптического перехода квантовой точки. Получено явное выражение для зависящего от времени спектра интенсивности флуоресценции как функции амплитуды, длительности, фазы и частоты несущего монохроматического поля прямоугольного импульса, а также интенсивности накачки и времени наблюдения. Показано, что импульс сам по себе не вносит сколько-нибудь заметного энергетического вклада в интенсивность флуоресценции, а скорее способствует распределению энергии некогерентной накачки по совокупности спектральных пиков, которые возникают под воздействием этого импульса вместо единственного спектрального пика флуоресценции, наблюдаемого до прихода импульса и после его прохождения.
Анализируется управляемость трех квантовых систем, принадлежащих некоторому классу четырехуровневых квантовых систем с дважды вырожденным высшим возбужденным энергетическим уровнем и с одним запрещенным переходом между остальными двумя невырожденными уровнями. Для этого проведены численные вычисления, построены динамические алгебры Ли, порожденные всеми коммутаторами свободного гамильтониана и гамильтониана взаимодействия, и показано, что две из рассматриваемых квантовых систем являются неприводимыми и управляемыми, а одна - приводимой и, следовательно, неуправляемой. Приводимость и неуправляемость доказываются построением сохраняющегося эрмитова оператора (физической наблюдаемой). Управляемость подтверждается построением динамической алгебры Ли и доказательством того, что она имеет максимальный ранг. Проведенный анализ показывает, что в зависимости от значений некоторых конкретных матричных элементов гамильтониана взаимодействия квантовые системы из рассмотренного класса являются либо неуправляемыми, либо управляемыми.
Дается вывод квантового линейного кинетического уравнения Редфилда, широко используемого в теории открытых квантовых систем, с помощью идей, использованных Н.Н. Боголюбовым при выводе классических и квантовых нелинейных кинетических уравнений. Данный метод позволяет вычислять совместное состояние системы и резервуара в каждый момент времени, а также получать квантовые кинетические уравнения как автономные дифференциальные уравнения в произвольном порядке теории возмущений. Доказывается, что при определенных условиях выражения для поправок всех порядков корректно определены. Обсуждается вопрос марковости квантовой динамики, описываемой выведенными квантовыми кинетическими уравнениями.
Одним из основных методов описания динамики открытых квантовых систем являются квантовые кинетические уравнения. Эти уравнения описывают динамику приведенного оператора плотности системы, взаимодействующей с резервуаром. При этом по степеням свободы резервуара проводится усреднение, что не позволяет описывать динамику наблюдаемых резервуара. В данной работе показывается, что в рамках метода проекционных операторов Цванцига, с помощью которого выводятся квантовые кинетические уравнения, можно также вывести и уравнения динамики наблюдаемых резервуара. В качестве примера выводятся уравнения динамики среднего числа квантов (фотонов, фононов) бозонного резервуара в приближении его слабой связи с системой для случая гамильтониана дипольного взаимодействия.
Для многочастичных квантовых систем с дипольным взаимодействием с квантовым полем рассмотрена проблема транспорта энергии электронного возбуждения при помощи механизма экситонного переноса, основанного на квантовой интерференции. Показано, что при специальном выборе параметров взаимодействия в модели квантового графа можно достичь усиления переноса экситона на сток, пропорционального числу частиц в системе, а также подавить перенос на альтернативные стоки. Для описания динамики используется метод квантового стохастического предела. Отмечены возможные применения указанного механизма в процессах квантового фотосинтеза.