Simulazione scalabile del trasporto quantistico non markoviano mediante riduzione del bagno con fase stocastica

Abstract degli autori

Le simulazioni accurate del trasporto quantistico non markoviano restano limitate a sistemi di piccole dimensioni, e un ostacolo fondamentale è che ogni sito del sistema richiede un insieme indipendente di orbitali del bagno quantistico. Introduciamo lo Stochastic Phase Algorithm (SPA), che nei modelli di Holstein a singola quasiparticella sostituisce i bagni gaussiani locali indipendenti con $R$ bagni quantistici condivisi, dotati di fasi stocastiche dipendenti dal sito. Dimostriamo che la media sulle fasi riproduce la matrice obiettivo delle correlazioni del bagno a due punti per ogni $R$, mentre l’aumento di $R$ sopprime sistematicamente gli errori dovuti alle correlazioni incrociate tra siti di ordine superiore. Otteniamo un limite dell’errore in norma di traccia pari a $O(R^{-1})$ a tempo fissato, con un prefattore indipendente dalle dimensioni e dalla connettività del sistema. Questa compressione spaziale si applica direttamente ai bagni unitari e può essere combinata con la compressione spettrale basata su Lindblad accoppiato [Phys. Rev. Lett. 136, 090403 (2026)], che rappresenta ogni ambiente condiviso con un numero molto ridotto di modi quantistici accoppiati e smorzati, adattati alla correlazione termica del bagno durante la finestra di simulazione. A livello numerico, SPA converge ai benchmark unitari diretti su un reticolo $3\times3$, consente di simulare la dinamica dei bagni quantistici con il vettore di stato completo su un reticolo $100\times100$ e, con $R=1$, riproduce fedelmente benchmark quasi esatti per le popolazioni degli eccitoni negli aggregati di batterioclorofilla e per la mobilità dei portatori nel rubrene.