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Equilibrium fluctuations in maximally noisy extended quantum systems

Authors :
Michel Bauer
Denis Bernard
Tony Jin
Service de Physique Théorique (SPhT)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS (LPTENS)
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Champs Aléatoires et Systèmes hors d'Équilibre
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Institut de Physique Théorique - UMR CNRS 3681 (IPHT)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Département de Mathématiques et Applications - ENS Paris (DMA)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Théorique de l'ENS [École Normale Supérieure] (LPTENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
SciPost Physics, SciPost Physics, SciPost Foundation, 2019, 6 (4), pp.045. ⟨10.21468/SciPostPhys.6.4.045⟩, SciPost Physics, Vol 6, Iss 4, p 045 (2019), SciPost Physics, 2019, 6 (4), pp.045. ⟨10.21468/SciPostPhys.6.4.045⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
Stichting SciPost, 2019.

Abstract

We introduce and study a class of models of free fermions hopping between neighbouring sites with random Brownian amplitudes. These simple models describe stochastic, diffusive, quantum, unitary dynamics. We focus on periodic boundary conditions and derive the complete stationary distribution of the system. It is proven that the generating function of the latter is provided by the Harish-Chandra-Itzykson-Zuber integral which allows us to access all fluctuations of the system state. The steady state is characterized by non trivial correlations which have a topological nature. Diagrammatic tools appropriate for the study of these correlations are presented. In the thermodynamic large system size limit, the system approaches a non random equilibrium state plus occupancy and coherence fluctuations of magnitude scaling proportionally with the inverse of the square root of the volume. The large deviation function for those fluctuations is determined. Although decoherence is effective on the mean steady state, we observe that sub-leading fluctuating coherences are dynamically produced from the inhomogeneities of the initial occupancy profile.<br />Comment: 15 pages (main text) + 14 pages (appendix+references) Submission to SciPost

Details

ISSN :
25424653
Volume :
6
Database :
OpenAIRE
Journal :
SciPost Physics
Accession number :
edsair.doi.dedup.....cd609c042d8455c0aafcd7060c88b9b2
Full Text :
https://doi.org/10.21468/scipostphys.6.4.045