vlasiator是一种杂种 - vlasov空间等离子体模拟系统,设计用于对近地环境进行动力学模拟。1它的目标是使用它来执行地球磁层的全局三维模拟,以及与太阳风的相互作用,而没有固定的颗粒速度分布函数形状的固定处方[在mag-Netohyhyhydrodynarymists(MHD)中就是这种情况]。作为混合动力学方法的实现,Vlasiator通过在笛卡尔网格上传播相空间密度,将离子作为六个(三个空间和三个速度)维度的分布函数进行建模,从而模拟离子物种的相位进化。电子以间接方式处理,其有效的物理作用降低为电荷中和,霍尔的术语以及对欧姆定律的贡献。2在VLASITOR的数值实现中,故意选择相位空间的表示,而不是粒子中的粒子(PIC)近似的常见方法,3表示模拟在计算上非常重,通常超过几分钟的模拟物理时间的CPU小时数。另一方面,此选择可以实现
我们证明玻色子和费米子高斯态(也称为“压缩相干态”)可用其线性复结构 J 来唯一表征,该结构是经典相空间上的线性映射。这扩展了基于协方差矩阵的传统高斯方法,并提供了一个同时处理玻色子和费米子的统一框架。纯高斯态可以用兼容凯勒结构的三重 ( G , Ω , J ) 来识别,由正定度量 G、辛形式 Ω 和线性复结构 J 组成,其中 J 2 = − 1 。混合高斯态也可以用这样的三重结构来识别,但 J 2 ̸ = − 1 。我们应用这些方法来展示如何将涉及高斯态的计算简化为这些对象的代数运算,从而得到许多已知和一些未知的身份。我们将这些方法应用于研究(A)纠缠和复杂性、(B)稳定系统的动力学、(C)驱动系统的动力学。由此,我们编制了一份全面的数学结构和公式列表,以并排比较玻色子和费米子高斯态。
超冷分子是许多重要应用的理想平台,从量子模拟 1 – 5 和量子信息处理 6, 7 到基础物理的精密测试 2, 8 – 11。生产捕获的、致密的超冷分子样品是一项具有挑战性的任务。一种很有前途的方法是直接激光冷却,它可以应用于几类不易由超冷原子组装的分子 12, 13。在本文中,我们报告了激光冷却 CaF 分子捕获样品的生产,其密度为 8! × !10 7 cm − 3,相空间密度为 2! × !10 − 9,比自由空间中的亚多普勒冷却样品高 35 倍 14。这些进展是通过将光学捕获的分子有效地激光冷却到远低于多普勒极限而实现的,这是迈向许多未来应用的关键一步。这些领域包括超冷化学和量子模拟,其中需要保守地捕获低温致密样品。此外,冷却光学捕获分子的能力为量子简并开辟了新途径。
鉴于最近在电光采样在检测电磁场基态和超宽带压缩态的亚周期尺度量子涨落方面的实验应用方面取得的进展,我们提出了一种方法,将宽带电光采样从光谱方法提升为全量子断层扫描方案,能够在时间域中直接重建自由空间量子态。通过结合两种最近开发的方法来从理论上描述量子电光采样,我们以分析的方式将电光信号的光子计数概率分布与采样量子态的变换相空间准概率分布联系起来,该分布是采样中红外脉冲态和超宽带近红外探测脉冲之间时间延迟的函数。我们对噪声源进行了分类和分析,并表明在使用超宽带探测脉冲的量子电光采样中,可以观察到由于纠缠破坏而引起的热化。减轻热化噪声可以实现宽带量子态的断层重建,同时允许在亚周期尺度上访问其动态。
暗物质(DM)的存在得到了观察结果的强烈支持[1-5],但其性质在很大程度上仍然未知。专用实验(例如,参考文献。[6-9])已直接搜索DM,但尚未检测到信号。粒子围栏是这项工作的补充工具。在CERN LHC进行了几次搜索DM模型,例如那些预测弱相互作用的质颗粒的模型[10-15]。基于撞机的长寿命颗粒(LLP)的搜索比以前探索的DM模型范围更大[16-26]。这些颗粒可以在检测器内部腐烂之前传播宏观距离,从而留下独特的特征。几种理论机制预测了DM状态的生产和衰减的抑制相空间,这将导致LHC的长期DM现象学[18]。此外,靶向LLP具有降低甚至消除大量标准模型(SM)背景的可观优势,从而提高了对低能最终状态粒子模型的灵敏度,理论上动机良好,但通常具有挑战性的签名[27-30]。
由 David Ellerman 在最近的一系列论文中引入。尽管数学公式本身并不新鲜,但 Ellerman 提供了 SL 的合理概率解释,作为给定集合上分区区别的度量。同样的公式在量子力学中被视为熵的有用定义,它与量子态的纯度概念相关。逻辑熵的二次形式有助于概括包含负值的概率,这一想法可以追溯到费曼和维格纳。在这里,我们根据逻辑熵的概念分析和重新解释负概率。在有限维空间中推导并讨论了逻辑熵的几个有趣的量子类属性。对于无限维空间(连续体),我们表明,在逻辑熵和总概率随时间保持不变的唯一假设下,可以得到概率密度的演化方程,该方程与相空间中 Wigner 函数的量子演化基本相同,至少在仅考虑动量变量时如此。这一结果表明,逻辑熵在建立量子物理的特殊规则方面发挥着深远的作用。
许多量子计算和通信协议 ( 1, 2 ) 的一个关键要求是将特定的光量子态作为信息处理的资源。下面,我们将关注传播光束的量子态,它可以通过光子计数或零差检测来分析,零差检测测量信号态与具有相对相位 θ 的强参考光束之间的干涉。这可以测量一个称为电场“正交分量”的物理量,与算符 ˆ x θ = ˆ xcosθ + ˆ psinθ 相关,其中 ˆ x 和 ˆ p 是正则共轭场可观测量。算符 ˆ x 和 ˆ p 类似于粒子的位置和动量,它们通常被称为“量子连续变量”(QCV)。根据海森堡不等式,它们不能以无限的精度同时确定,所以一般不能为电场定义一个适当的相空间密度Π(x, p)。然而,可以定义一个准分布W(x, p),称为维格纳函数,其边际函数产生概率分布P(xθ)。通过测量几个θ值的分布P(xθ),可以重建维格纳函数;这个逆过程称为量子层析成像(3)。
量子混沌是基础物理学的一个分支,研究量子力学、统计物理学和非线性动力学中的毛细管间场[1–8]。早在量子力学成立之前,1913年玻尔就提出了量化规则,并利用该规则成功地预言了氢原子的能谱,很好地解释了实验观测得到的巴尔末公式。1917年,爱因斯坦将玻尔的量化规则扩展至相空间中具有全局环面结构的可积系统[9]。随后他注意到这些量化规则仅适用于可积系统,对更一般的不可积系统则不适用[9,10]。约半个世纪后,在 20 世纪 70 年代,受到非线性动力学和混沌研究的启发,如何将半经典量化规则推广到不可积系统的问题再次引起学界的关注,并发展了 Gutzwiller 的迹公式,指出尽管测度为零,但不稳定周期轨道在塑造量子谱涨落行为方面起着至关重要的作用 [5, 11 – 23]。量子系统,如量子
摘要:有限温度下量子场的热性质对于理解强相互作用物质至关重要,量子计算的最新发展提供了一条替代且有前途的研究途径。在这项工作中,我们使用量子算法研究仅涉及费米子的热场理论。我们首先深入研究数字量子计算机上通过量子比特呈现的费米子场,以及用于评估一般量子场论热性质的量子算法,例如量子虚时间演化。具体来说,我们使用量子模拟器展示了 1+1 维马约拉纳费米子热场理论的数值结果,例如热分布和能量密度。除了自由场理论,我们还研究了与空间均匀马约拉纳场耦合产生的相互作用的影响。在这两种情况下,我们都通过分析表明系统的热性质可以用相空间分布来描述,量子模拟结果符合分析和半经典期望。我们的工作是理解热不动点的重要一步,为实时热化的量子模拟做好准备。
在描述物理系统时,数学表示的选择非常重要,而这种选择通常由手头问题的性质决定。在这里,我们研究了鲜为人知的量子动力学波算子表示,并探索了它与量子动力学标准方法(如维格纳相空间函数)的联系。该方法以密度矩阵的平方根为中心,因此比标准表示具有几个不寻常的优势。通过将其与从量子信息中引入的净化技术相结合,我们能够获得许多结果。这种形式不仅能够在量子和经典动力学的相和希尔伯特空间表示之间提供自然的桥梁,我们还发现波算子表示可以导致实时间和虚时间动力学的新型半经典近似,以及与经典极限的透明对应。然后证明存在许多场景(例如热化),其中波算子表示具有等效的幺正演化,这对应于密度矩阵的非线性实时动力学。我们认为,波算子提供了一种将以前不相关的表示联系起来的新视角,并且是无法以其他方式保证正性的场景(例如混合)的自然候选模型。