Entropy production in open quantum systems: exactly solvable qubit models

Abstract

We present analytical results for the time-dependent information entropy in exactly solvable two-state (qubit) models. The first model describes dephasing (decoherence) in a qubit coupled to a bath of harmonic oscillators. The entropy production for this model in the regimes of "complete" and "incomplete" decoherence is discussed. As another example, we consider the damped Jaynes-Cummings model describing a spontaneous decay of a two-level system into the field vacuum. It is shown that, for all strengths of coupling, the open system passes through the mixed state with the maximum information entropy.

Ми представляємо аналiтичнi результати для часовозалежної iнформацiйної ентропiї в двостанових точно розв’язних (кубiт) моделях. Перша модель описує дефазування (декогеренцiю) в кубiтi, який є зв’язаний з резервуаром гармонiчних осциляторiв. Обговорюється продукування ентропiї для цiєї моделi у режимах “повної” та “неповної” декогеренцiї. Як iнший приклад ми розглядаємо задемпфовану модель Джейнса-Каммiнгса, яка описує спонтанне затухання дворiвневої системи в польовому вакуумi. Показано, що для всiх сил зв’язку, вiдкрита система переходить через змiшаний стан з максимумом iнформацiйної ентропiї.