Уравнение Линдблада

Квантовая механика

<math>\Delta x\cdot\Delta p_x \geqslant \frac{\hbar}{2} </math>

Принцип неопределённости

Введение Математические основы

Основа Классическая механика · Постоянная Планка · Интерференция · Бра и кет · Гамильтониан · Старая квантовая теория Фундаментальные понятия Квантовое состояние · Квантовая наблюдаемая · Волновая функция · Квантовая суперпозиция · Квантовая запутанность · Смешанное состояние · Измерение · Неопределённость · Принцип Паули · Дуализм · Декогеренция · Теорема Эренфеста · Туннельный эффект Эксперименты Опыт Дэвиссона — Джермера · Опыт Поппера · Опыт Штерна — Герлаха · Опыт Юнга · Проверка неравенств Белла · Фотоэффект · Эффект Комптона Формулировки Представление Шрёдингера · Представление Гейзенберга · Представление взаимодействия · Матричная квантовая механика · Интегралы по траекториям · Диаграммы Фейнмана Уравнения Уравнение Шрёдингера · Уравнение Паули · Уравнение Клейна — Гордона · Уравнение Дирака · Уравнение Швингера — Томонаги · Уравнение фон Неймана · Уравнение Блоха · Уравнение Линдблада · Уравнение Гейзенберга Интерпретации Копенгагенская · Теория скрытых параметров · Многомировая · Теория де Бройля — Бома Развитие теории Квантовая теория поля · Квантовая электродинамика · Теория Глэшоу — Вайнберга — Салама · Квантовая хромодинамика · Стандартная модель · Квантовая гравитация Сложные темы Квантовая теория поля · Квантовая гравитация · Теория всего Известные учёные Планк · Эйнштейн · Шрёдингер · Гейзенберг · Йордан · Бор · Паули · Дирак · Фок · Борн · де Бройль · Ландау · Фейнман · Бом · Эверетт

См. также: Портал:Физика

Уравнение Линдблада (реже — Уравнение Горини — Коссаковского — Сударшана — Линдблада, англ. GKSL equation) — уравнение для матрицы плотности, является наиболее общим видом марковского производящего уравнения, описывающего неунитарную (диссипативную, негамильтонову) эволюцию матрицы плотности <math>\rho</math>. Эволюция при этом представляется вполне-положительным отображением (супероператором), сохраняющим след. Предложено в 1976 году Витторио Горини, Анжеем Коссаковским, Джорджем Сударшаном и Йёраном Линдбладом.

Уравнение Линдблада для матрицы плотности может быть записано в виде:

<math>\frac d{dt} \rho = \frac 1{i\hbar} [H,\rho ] + \frac 1{2\hbar} \sum^\infty_{k=1} \big([V_k \rho, V^\dagger_k] +[V_k, \rho V^\dagger_k] \big), </math>

где <math>\rho</math> — матрица плотности, <math>H</math> — оператор Гамильтона, <math>V_k</math> — некие операторы. Если операторы <math>V_k</math> равны нулю, то уравнение Линдблада переходит в уравнение фон Неймана (квантовое уравнение Лиувилля).

Уравнением Линдблада называют также уравнение для квантовой наблюдаемой. Это уравнение имеет вид:

<math>\frac d{dt} A = -\frac 1{i\hbar} [H, A] + \frac 1{2\hbar} \sum^\infty_{k=1} \big(V^\dagger_k [A, V_k] + [V^\dagger_k, A] V_k \big),</math>

где <math>A</math> — квантовая наблюдаемая. Если операторы <math>V_k</math> равны нулю, то уравнение Линдблада для квантовой наблюдаемой <math>A</math> переходит в уравнение Гейзенберга

Уравнение Линдблада, называемое также квантовым марковским уравнением, применяется для описания открытых, диссипативных и негамильтоновых квантовых систем.

Важным частным случаем уравнения Линдблада является модель случайных столкновений, в которой операторы <math>V_k</math> имеют вид: <math>V_{kl} = \hbar\gamma\sqrt{\tilde\rho_{kk}} |k\rangle \langle l|</math> (для удобства записи матричный индекс <math>\ k</math> заменен на двойной). Подстановка этих операторов приводит уравнение Линдблада к виду:

<math>\frac d{dt} \rho = \frac 1{i\hbar} [H,\rho ] + \gamma(\tilde\rho - \rho),</math>

где <math>\tilde\rho</math> — фиксированная диагональная матрица с ненулевыми элементами <math>\tilde\rho_{kk}</math>, такими, что <math>\operatorname{Tr}\tilde\rho = 1</math>, описывающая матрицу плотности термодинамически равновесного состояния системы. Модель случайных столкновений пригодна для случаев, когда взаимодействие квантовой системы с резервуаром происходит в режиме коротких и сильных импульсов, между которыми система эволюционирует как закрытая.

Литература

• Isar A., Sandulescu A., Scutaru H., Stefanescu E., Scheid W. [arxiv.org/abs/quant-ph/0411189 Open quantum systems] // Int. J. Mod. Phys. — 1994. — № 3. — С. 635—714.
• Accardi L., Lu Y. G., Volovich I. V. [books.google.ru/books?id=q8AEAAAACAAJ&dq=Theory+and+Its+Stochastic+Limit Quantum Theory and Its Stochastic Limit]. — New York: Springer Verlag, 2002.
• Alicki R., Lendi K. [books.google.ru/books?id=1F_ZhntUqZsC Quantum Dynamical Semigroups and Applications]. — Berlin: Springer Verlag, 1987.
• Attal S., Joye A., Pillet C.-A. [books.google.ru/books?id=isyp_0av0VcC Open Quantum Systems: The Markovian Approach]. — Springer, 2006.
• Ingarden R. S., Kossakowski A., Ohya M. [books.google.ru/books?id=5nzGBB1ZrWQC Information Dynamics and Open Systems: Classical and Quantum Approach]. — New York: Springer Verlag, 1997.
• Lindblad G. [books.google.ru/books?id=tvMcxdPNmRAC Non-Equilibrium Entropy and Irreversibility. Delta Reidel,]. — Dordrecht, 1983. — ISBN 1-40-200320-X.
• Tarasov V. E. [books.google.ru/books?id=pHK11tfdE3QC Quantum Mechanics of Non-Hamiltonian and Dissipative Systems]. — Amsterdam, Boston, London, New York: Elsevier Science, 2008.
• Weiss U. [books.google.ru/books?id=4NfnaEsbQq4C Quantum Dissipative Systems]. — Singapore: World Scientific, 1993.
• Холево А. С. Статистическая структура квантовой теории. — Москва, Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. — 192 с. — ISBN 5-93972-207-5.
• [urss.ru/cgi-bin/db.pl?lang=Ru&blang=ru&page=Book&id=2710&list=193 Квантовые случайные процессы и открытые системы] / Сб. статей 1982-1984. Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 223 с.
• Бройер Х.- П., Петруччионе Ф. [www.rcd.ru/details/1238 Теория открытых квантовых систем]. — М.: РХД, 2010. — 223 с.

См. также

• Квантовая механика
• Матрица плотности
• Уравнение фон Неймана
• Уравнение Гейзенберга
• Уравнения Эренфеста
• Квантовая вероятность
• Уравнение Лиувилля

Отрывок, характеризующий Уравнение Линдблада

– Полноте, граф. Вы знаете!
– Ничего не знаю, – сказал Пьер.
– Я знаю, что вы дружны были с Натали, и потому… Нет, я всегда дружнее с Верой. Cette chere Vera! [Эта милая Вера!]
– Non, madame, [Нет, сударыня.] – продолжал Пьер недовольным тоном. – Я вовсе не взял на себя роль рыцаря Ростовой, и я уже почти месяц не был у них. Но я не понимаю жестокость…
– Qui s'excuse – s'accuse, [Кто извиняется, тот обвиняет себя.] – улыбаясь и махая корпией, говорила Жюли и, чтобы за ней осталось последнее слово, сейчас же переменила разговор. – Каково, я нынче узнала: бедная Мари Волконская приехала вчера в Москву. Вы слышали, она потеряла отца?
– Неужели! Где она? Я бы очень желал увидать ее, – сказал Пьер.
– Я вчера провела с ней вечер. Она нынче или завтра утром едет в подмосковную с племянником.
– Ну что она, как? – сказал Пьер.
– Ничего, грустна. Но знаете, кто ее спас? Это целый роман. Nicolas Ростов. Ее окружили, хотели убить, ранили ее людей. Он бросился и спас ее…
– Еще роман, – сказал ополченец. – Решительно это общее бегство сделано, чтобы все старые невесты шли замуж. Catiche – одна, княжна Болконская – другая.
– Вы знаете, что я в самом деле думаю, что она un petit peu amoureuse du jeune homme. [немножечко влюблена в молодого человека.]
– Штраф! Штраф! Штраф!
– Но как же это по русски сказать?..


Когда Пьер вернулся домой, ему подали две принесенные в этот день афиши Растопчина.
В первой говорилось о том, что слух, будто графом Растопчиным запрещен выезд из Москвы, – несправедлив и что, напротив, граф Растопчин рад, что из Москвы уезжают барыни и купеческие жены. «Меньше страху, меньше новостей, – говорилось в афише, – но я жизнью отвечаю, что злодей в Москве не будет». Эти слова в первый раз ясно ыоказали Пьеру, что французы будут в Москве. Во второй афише говорилось, что главная квартира наша в Вязьме, что граф Витгснштейн победил французов, но что так как многие жители желают вооружиться, то для них есть приготовленное в арсенале оружие: сабли, пистолеты, ружья, которые жители могут получать по дешевой цене. Тон афиш был уже не такой шутливый, как в прежних чигиринских разговорах. Пьер задумался над этими афишами. Очевидно, та страшная грозовая туча, которую он призывал всеми силами своей души и которая вместе с тем возбуждала в нем невольный ужас, – очевидно, туча эта приближалась.
«Поступить в военную службу и ехать в армию или дожидаться? – в сотый раз задавал себе Пьер этот вопрос. Он взял колоду карт, лежавших у него на столе, и стал делать пасьянс.
– Ежели выйдет этот пасьянс, – говорил он сам себе, смешав колоду, держа ее в руке и глядя вверх, – ежели выйдет, то значит… что значит?.. – Он не успел решить, что значит, как за дверью кабинета послышался голос старшей княжны, спрашивающей, можно ли войти.
– Тогда будет значить, что я должен ехать в армию, – договорил себе Пьер. – Войдите, войдите, – прибавил он, обращаясь к княжие.
(Одна старшая княжна, с длинной талией и окаменелым лидом, продолжала жить в доме Пьера; две меньшие вышли замуж.)
– Простите, mon cousin, что я пришла к вам, – сказала она укоризненно взволнованным голосом. – Ведь надо наконец на что нибудь решиться! Что ж это будет такое? Все выехали из Москвы, и народ бунтует. Что ж мы остаемся?
– Напротив, все, кажется, благополучно, ma cousine, – сказал Пьер с тою привычкой шутливости, которую Пьер, всегда конфузно переносивший свою роль благодетеля перед княжною, усвоил себе в отношении к ней.
– Да, это благополучно… хорошо благополучие! Мне нынче Варвара Ивановна порассказала, как войска наши отличаются. Уж точно можно чести приписать. Да и народ совсем взбунтовался, слушать перестают; девка моя и та грубить стала. Этак скоро и нас бить станут. По улицам ходить нельзя. А главное, нынче завтра французы будут, что ж нам ждать! Я об одном прошу, mon cousin, – сказала княжна, – прикажите свезти меня в Петербург: какая я ни есть, а я под бонапартовской властью жить не могу.
– Да полноте, ma cousine, откуда вы почерпаете ваши сведения? Напротив…
– Я вашему Наполеону не покорюсь. Другие как хотят… Ежели вы не хотите этого сделать…
– Да я сделаю, я сейчас прикажу.
Княжне, видимо, досадно было, что не на кого было сердиться. Она, что то шепча, присела на стул.
– Но вам это неправильно доносят, – сказал Пьер. – В городе все тихо, и опасности никакой нет. Вот я сейчас читал… – Пьер показал княжне афишки. – Граф пишет, что он жизнью отвечает, что неприятель не будет в Москве.
– Ах, этот ваш граф, – с злобой заговорила княжна, – это лицемер, злодей, который сам настроил народ бунтовать. Разве не он писал в этих дурацких афишах, что какой бы там ни был, тащи его за хохол на съезжую (и как глупо)! Кто возьмет, говорит, тому и честь и слава. Вот и долюбезничался. Варвара Ивановна говорила, что чуть не убил народ ее за то, что она по французски заговорила…