Релаксация взаимодействующих открытых квантовых систем

Рассмотрен переход от описания динамики замкнутой квантовой системы, включающей в себя открытую квантовую систему и резервуар, к описанию динамики только открытой квантовой системы путём исключения степеней свободы резервуара за счёт усреднения по ним. Используется подход уравнения Линдблада для матрицы плотности. Дана общая схема вывода супероператора Линдблада, возникающего при усреднении уравнения фон Неймана для замкнутой квантовой системы по переменным резервуара. Общая схема иллюстрируется конкретными примерами излучения двухуровневого атома в свободное пространство и динамики перехода двухуровневого атома из чистого состояния в смешанное при взаимодействии с дефазирующим резервуаром. Особое внимание уделено случаю, когда открытая система состоит из нескольких подсистем, каждая из которых независимо взаимодействует с резервуаром. В случае невзаимодействующих подсистем матрица плотности является прямым произведением матриц плотности подсистем, а супероператор Линдблада — суммой супероператоров подсистем. Взаимодействие между подсистемами приводит не только к появлению соответствующего члена в гамильтониане общей системы, но и к неаддитивности супероператоров Линдблада. В современной литературе последнее обстоятельство часто игнорируется, что, как проиллюстрировано в заметке, может приводить к грубым ошибкам, например, к нарушению второго начала термодинамики.