Кіріспе

Тығыздық матрицалары үшін Марковтық кванттық бас теңдеу (аралас күйлер)
Кванттық механикада Горни-Косаковский-Сударшан-Линдблад теңдеуі (ГКСЛ теңдеуі, Витторио Горини, Анджей Косаковский, Джордж Сударшан және Геран Линдбладтың есімдерімен аталады), Линдблад формасындағы бас теңдеу, кванттық Лювильян немесе Линдбладиан – ашық кванттық жүйелерді сипаттайтын Марковтық бас теңдеулердің жалпы формаларының бірі. Ол Шредингер теңдеуін ашық кванттық жүйелерге, яғни қоршаған ортамен байланыстағы жүйелерге жалпылайды. Соның салдарынан пайда болатын динамика енді біртұтас болмайды, бірақ кез келген бастапқы шарттар үшін ізді сақтау және толық оң болу қасиетін сақтайды. Шредингер теңдеуі немесе, дәлірек айтқанда, фон Нейман теңдеуі – ГКСЛ теңдеуінің ерекше жағдайы болып табылады, бұл кванттық механиканы Линдблад теңдеуін одан әрі қолдану және талдау арқылы өнімді түрде кеңейтуге болады деген пікірлерге әкелді. Шредингер теңдеуі күй векторларымен жұмыс істейді, олар тек таза кванттық күйлерді ғана сипаттай алады, сондықтан тығыздық матрицаларына қарағанда кем жалпылама, себебі тығыздық матрицалары аралас күйлерді де сипаттай алады.

Мотивация

Кванттық механиканың каноникалық тұжырымдамасында жүйенің уақыт бойынша өзгеруі бірлік динамикасымен басқарылады. Бұл жүйенің ыдырамайтынын және фазалық когеренттіліктің процестің барлық кезеңінде сақталуын білдіреді, және бұл барлық қатысатын еркіндік дәрежелері ескерілетінінің салдары болып табылады. Дегенмен, нақты физикалық жүйе толығымен оқшауланған емес, және ортамен өзара әрекеттеседі. Жүйеден тыс еркіндік дәрежелерімен өзара әрекеттесу энергияның ортаға таралуына алып келеді, соның салдарынан ыдырау және фазаның ретсіздігі пайда болады. Сонымен қатар, кванттық жүйенің ортамен өзара әрекеттесуін түсіну, қозған атомдардан спонтанды сәуле шығару сияқты көптеген таралған құбылыстарды, немесе лазер сияқты көптеген кванттық технологиялық құрылғылардың жұмысын түсіну үшін қажет. Кванттық жүйенің ортамен өзара әрекеттесуін қарастыру үшін бірнеше математикалық әдістер ұсынылған. Олардың бірі – тығыздық матрицасын және оған байланысты бас теңдеуді қолдану. Бұл тәсіл кванттық динамиканы шешуге Шредингер немесе Гейзенберг суреттерімен эквивалент болғанымен, ортамен өзара әрекеттесетін, когерентті емес процестерді енгізуді жеңілдетеді. Тығыздық операторы кванттық күйлердің классикалық қоспасын бейнелей алады, сондықтан «ашық» кванттық жүйелер деп аталатын жүйелердің динамикасын дұрыс сипаттау үшін маңызды.