[发明专利]一种量子物理孪生方法和系统

说明书

本发明公开了一种量子物理孪生方法和系统，方法包括以下步骤：对待研究的完全封闭的微观动力学系统进行测量，获取数字化的由密度矩阵描述的微观动力学系统的初态；对于马尔科夫近似的情况，采用lindblad主方程描述所述微观动力学系统基于所述初态的演化，得到微观动力学系统的结果态；对所述初态和所述结果态进行应用。本发明提出了一种对应于微观系统的量子物理孪生体系，以孪生的思想在数字世界研究微观系统诸如量子光学、量子生物学、量子统计力学中的动力学过程，将微观体系作为数字模型来研究，并着眼于其应用。

技术领域

本发明涉及量子技术领域，尤其涉及一种量子物理孪生方法和系统。

背景技术

在现实中，很多时候我们需要了解一个物体的各种性质，但是常常会出现成本、实际条件限制等等问题，使得了解变得困难。对于宏观的物体，可以应用数字孪生，在数字空间中建立对应于物理实体的数字模型。使用这个数字模型，我们可以预先模拟诸多情况，并针对这些情况反映的问题对模型进行优化，最后将结果反馈回物理实体。具体可以进行如下操作：对所模拟情况设置一个物理引擎(如碰撞、自由落体等)，对模型应用该引擎，收集应用后模型的参数进行分析优化。

在宏观上的动力学过程可以由此得到数字对应过程，但在有些情况下不能忽视微观的影响，如量子光学、量子生物学或是量子统计力学中的动力学过程。如今已有通过求解量子系统的有效的运动方程(也称为主方程)来了解其随时间演化的方法，但多是作为实验过程，并不关心具体到原微观系统的应用。

因此，提供包含应用在内的一种量子物理孪生方法和系统，让从微观系统到其应用一体化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种量子物理孪生方法和系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的第一方面，提供一种量子物理孪生方法，包括以下步骤：

对待研究的完全封闭的微观动力学系统进行测量，获取数字化的由密度矩阵描述的微观动力学系统的初态ρ(t₀)；

对于马尔科夫近似的情况，采用lindblad主方程描述所述微观动力学系统基于所述初态ρ(t₀)的演化，得到微观动力学系统的结果态ρ(t₁)；

对所述初态ρ(t₀)和所述结果态ρ(t₁)进行应用。

进一步地，所述对待研究的完全封闭的微观动力学系统进行测量，获取数字化的由密度矩阵描述的微观动力学系统的初态ρ(t₀)，包括：

选定孪生研究的完全封闭的微观动力学系统，所述微观动力学系统包括量子光学系统、量子生物学系统、量子统计力学系统；

通过测量装置对量子系统进行测量，得到数字化的初态ρ(t₀)。

进一步地，所述马尔科夫近似的情况，包括不考虑过去的系统状态对现在系统的影响；所述lindblad主方程的形式如下：

式中，表示普朗克常数，i表示虚数单位，H表示哈密顿量，ρ表示量子系统的状态即密度矩阵，N表示维数，m和n表示角标，h表示半正定的系数矩阵，A表示希尔伯特空间中的任意正交基，表示A的共轭转置；m和n的取值范围均为1至N²-1；

所述对于马尔科夫近似的情况，采用lindblad主方程描述所述微观动力学系统基于所述初态ρ(t₀)的演化，得到微观动力学系统的结果态ρ(t₁)，包括：