文章研究了非马尔可夫动力学对边界时间晶体(BTC)稳定性的影响。通过量子Fisher信息、序参数和非马尔可夫性度量等工具,发现非马尔可夫性可以显著增强BTC在中等耗散率下的稳定性。研究构建了完整的动力学相图,揭示了非马尔可夫性与BTC稳定性之间的复杂关系,为耗散系统中时间晶体的稳定提供了新思路。
时间晶体作为非平衡物态的新相,其时间平移对称性破缺特性引起了广泛关注。文章聚焦边界时间晶体(BTC)在非马尔可夫环境中的行为,探讨了信息回流对BTC稳定性的影响。相比于马尔可夫系统只能在弱耗散下维持BTC,研究发现非马尔可夫动力学可以显著扩展BTC的稳定参数范围。
研究采用由N_b个二能级自旋组成的系统,通过主方程描述其动力学演化。在热力学极限下,系统状态可用平均磁化强度描述,其演化遵循非线性方程。
通过引入时变耗散率κ(t),实现了从马尔可夫到非马尔可夫区域的连续调控。当谱宽m小于临界值时,系统进入非马尔可夫区域,κ(t)呈现振荡特性并可能出现负值,表征信息从环境回流到系统。
数值模拟表明,在非马尔可夫区域,BTC可以在ω_0/κ_0<1的条件下稳定存在,这显著优于马尔可夫系统的表现。通过FFT分析和Bloch球表示,确认了BTC相的存在。
量子Fisher信息在BTC相变点附近出现发散,揭示了非马尔可夫BTC的临界行为。与马尔可夫系统相比,相变点向更小的ω_0/κ_0移动。
研究定义了非马尔可夫性参数N,发现中等N值最有利于BTC稳定。当N过大时,系统会进入高阶极限环相,表现为多个主导频率共存。
研究证实非马尔可夫动力学可以显著增强BTC对耗散的鲁棒性。构建的完整相图为实验实现提供了理论指导。未来可进一步探索不同非马尔可夫度量与BTC稳定性之间的关系,以及在量子信息处理中的潜在应用。