Temperature dependence of autonomous quantum coherence

Abstract

It was shown that quantum coherence can emerge autonomously in a target system interacting with the ambient environment in contact with a thermal bath. However, current models neglect interactions within the environment itself. We investigate the rise of the autonomous coherence in the models where components of the environment are coupled via interactions of two paradigmatic types: the Ising and hopping transport of excitations. We demonstrate that intra-environment interactions can either enhance or suppress coherence, depending on the type of coupling. Using analytical methods, we derive exact expressions for the coherence and analyze its dependence on temperature and model parameters, and show that some features of these dependencies are determined by general properties of interaction. We also identify quantum phase transitions in the ground state structure.

Práce se zabývá vlastnostmi kvantové koherence C dvouhladinového systému (spinu), která vzniká spontánně prostřednictvím interakce systemu s jeho nejbližším okolím. Jako model okolí je uvažován řetízek N interagujících dvouhladinových systémů s periodickými okrajovými podmínkami. Celá soustava N + 1 dvouhladinových systémů je v rovnováze s tepelným rezervoárem o teplotě T. Doposud byl podobný model zkoumán pouze v aproximaci zanedbávající interakci mezi spiny. V práci se zaměřujeme na dvě modelové interakce mezi spiny, odvozujeme exaktní výraz pro matici hustoty dvouhladinového sys- tému a diskutujeme možné tvary závislosti C na T, jaký vliv na tuto závislost mají ostatní parametry modelů. Výsledky vysvětluji, jak lze C posílit (resp. zeslabit) prostřednictvím interakce v okolí studovaného systému C, jaké vlastností té interakce ovlivňují C, a jaký vliv na C(T) mohou mít kvantové fázové přechody.