核心概念
在具有線性勢的緊束縛鏈中,環境引起的退相位可以抑制量子局域化效應,從而增強量子傳輸效率。
本文研究了在邊界驅動的緊束縛鏈中,體退相位與線性勢之間的相互作用。線性勢在沒有噪聲的情況下會導致 Wannier-Stark 局域化,而退相位在沒有傾斜的情況下會導致擴散傳輸。我們推導出了一個近似表達式,用於表示穩態電流作為退相位和傾斜的函數,該表達式與各種參數的精確解非常吻合。由此,我們發現當退相位速率等於 Wannier-Stark 局域化系統中布洛赫振盪的週期時,電流達到最大值。我們還發現,如果鏈上的總電勢傾斜保持恆定,則電流會隨著系統尺寸的增加而呈現最大值。我們的結果可以在當前的實驗平台中得到驗證,並且代表了環境輔助傳輸分析研究的一步進展。
開放系統與宏觀環境相互作用的量子特性在退相干過程中不可避免地會被破壞。然而,環境總是對量子過程(例如信息處理和傳輸)有害的觀點已經被挑戰了十多年,這是由於對生物系統中量子效應的研究。現在人們明白,環境可以輔助非相互作用量子系統中的能量傳輸,這種效應已在光子、囚禁離子和超導電路量子網絡中得到實驗驗證。儘管已經提出並討論了幾種環境輔助量子傳輸的機制,但在局域化量子系統中,一個明確的機制正在發揮作用——當導致局域化和傳輸抑制的相消干涉被環境破壞時,量子傳輸就會增強。這確實是環境耦合對安德森和 Wannier-Stark 局域化的預期影響。在安德森局域化系統中,由於晶格無序,量子傳輸受到抑制。另一方面,Wannier-Stark 局域化發生在存在線性晶格勢(例如電場)的情況下;在這種情況下,相干(布洛赫)振盪發生在局域化區域內。儘管已經對受到噪聲影響的 Wannier-Stark 局域化系統進行了研究,但關於這個主題的文獻仍然很少。
環境輔助傳輸也會影響多體量子系統的非平衡傳輸特性。證明這種效應的一種常用方法是通過位於邊界處的高溫熱庫將量子系統驅動到非平衡穩態。環境的退相位效應使傳輸變得具有擴散性,這已被證明可以增強具有無序或準週期性的邊界驅動系統中的穩態電流,並改變具有長程跳躍的系統的傳輸特性。此外,馬爾可夫邊界驅動的非相互作用系統即使在存在退相位的情況下也適合進行分析處理,並且可以獲得緊束縛鏈的穩態量的精確和近似解。
在本文中,我們研究了具有線性勢的邊界驅動緊束縛鏈中的退相位輔助傳輸。我們利用參考文獻中闡述的穩態分析方法,以數值方式獲得了多達一千個鏈位點的相關穩態量。通過執行最小近似,我們推導出了一個穩態電流的解析表達式,該表達式與廣泛參數範圍內的精確動力學相匹配。由此,我們發現當退相位速率等於 Wannier-Stark 局域化系統中布洛赫振盪的週期時,電流達到最大值。我們還發現,如果鏈上的總電勢傾斜保持恆定,則電流會隨著系統尺寸的增加而呈現最大值。我們的結果對環境輔助傳輸的分析做出了重大貢獻,並且可以在多個平台上進行實驗驗證。