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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2023.tde-23102023-100529
Document
Author
Full name
Clara Rodrigues Vidor
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Brito, Frederico Borges de (President)
Bernardes, Nadja Kolb
Melo, Fernando da Rocha Vaz Bandeira de
Title in Portuguese
Estudo de superoperadores exatos na forma de Lindblad para dinâmicas de sistemas quânticos abertos correlacionados com o ambiente
Keywords in Portuguese
Correlações quânticas
Equações mestras
Sistemas quânticos abertos
Abstract in Portuguese
Equações mestras na forma de Lindblad são amplamente usadas para associar propriedades físicas às dinâmicas de sistemas quânticos abertos. Essas conexões costumam se apoiar nos termos unitário e dissipativo resultantes de uma separação do superoperador de Lindblad. E as possíveis ambiguidades nessa separação podem ser resolvidas, por exemplo, adotando uma representação canônica. No entanto, equações mestras locais dessa forma geralmente são justificadas por aproximações de acoplamento fraco entre o sistema e o ambiente e separabilidade do estado inicial. Para generalizar medidas baseadas na equação de Lindblad para sistemas quânticos quaisquer, é necessário conhecer as equações dinâmicas para casos mais gerais. Contudo, a presença de correlações entre o sistema e o ambiente pode restringir o domínio físico de validade dos superoperadores que evoluem o sistema. Aqui examinamos propostas recentes para encontrar equações dinâmicas exatas na forma de Lindblad para sistemas quânticos reduzidos correlacionados com o ambiente. Também apresentamos uma alternativa válida para subsistemas cujo hamiltoniano nu comuta com o hamiltoniano de interação. Essa proposta recupera todos os operadores densidade do espaço do sistema reduzido como domínio físico de validade na ausência de correlações no estado inicial. Ao final, mostramos que superoperadores obtidos por diferentes métodos não são equivalentes, inclusive em aspectos fundamentais como a alteração do hamiltoniano efetivo pelas correlações. Podendo, assim, levar a interpretações físicas equivocadas se não forem utilizados com cuidado.
Title in English
Study of exact superoperators in the Lindblad form for dynamics of open quantum systems correlated with the environment
Keywords in English
Master equations
Open quantum systems
Quantum correlations
Abstract in English
Lindblad master equations are widely used to associate physical properties to open quantum systems dynamics. These connetions are usually based on a division of the Lindblad superoperator in unitary and dissipative terms. And the ambiguities in this separation can be solved by adopting a canonical representation. However, these local master equations are commonly justified by weak coupling approximations and separability of the initial state. To generalize measures based on Lindblad master equations to generic quantum systems, it is necessary to know the equations for all cases. Nevertheless, the presence of correlations between the system and the environment can restrict the physical domain of the superoperators which evolve the system. We explore recent proposals for finding exact Lindblad master equations for reduced systems correlated with the environment. We also present an alternative valid when the subsystem bare Hamiltonian commutes with the interaction Hamiltonian. This proposal recovers all the density operators of the reduced systems space as a physical domain of validity in the absence of initial correlations between the system and the environment. Finally, we show that the superoperators by different methods are not equivalent, including fundamental aspects such as the change of the effective Hamiltonian by the correlations. This can result in unphysical interpretations if the superoperators are not carefully used.
 
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Publishing Date
2023-10-23
 
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