Mean field limit for Bosons with compact kernels interactions by Wigner measures transportation

We consider a class of many-body Hamiltonians composed of a free (kinetic) part and a multi-particle (potential) interaction with a compactness assumption on the latter part. We investigate the mean field limit of such quantum systems following the Wigner measures approach. We prove the propagation of these measures along the flow of a nonlinear (Hartree) field equation. This enhances and complements some previous results in the subject.Comment: 27 pages. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1111.5918 by other author

Mean field limit for discrete models and nonlinear discrete Schrödinger equation

Dans une série de travaux Zied Ammari et Francis Nier ont développé des méthodes pour étudier la dynamique de champ moyen bosonique pour des états quantiques généraux pouvant présenter des corrélations. Ils ont obtenu des formules pour décrire la dynamique des corrélations, ou plus généralement des matrices densité réduites d'ordre arbitraire. Cette thématique a été largement développée ces dernières années. Norbert Mauser en a été un des contributeurs, ainsi que sur la notion de mesure de Wigner qui est la clé de l'analyse développée par Z. Ammari et F. Nier. En général, il est admis que l'asymptotique de champ moyen est une bonne approximation du problème à N particules quand N dépasse la dizaine. Cela concerne l'asymptotique de la matrice densité réduite à une particule qui ne décrit pas la dynamique des corrélations. Un objectif est de tester la validité de la dynamique de champ moyen pour les matrices densité réduites à 2-particules. Pour des tests numériques, les modèles discrets qui n'ont pas été vraiment traités en détail dans les travaux précédents de Z. Ammari et F. Nier semblent bien adaptés. La thèse comprendra donc plusieurs étapes: adapter les résultats précédents de Z. Ammari et F. Nier à des modèles discrets , développer des méthodes numériques pour des systèmes simples mais pertinents, permettant de valider l'approximation de champ moyen et les formules pour la dynamique des corrélations. Au niveau numérique, on utilise des schémas numériques symplectiques, développés spécifiquement ces dernières années pour la discrétisation des équations hamiltoniennes. Une dernière étape concerne la combinaison des deux asymptotiques, champ moyen et approximation des modèles continus par les modèles discrets.In a serie of works Z. Ammari and F. Nier developed methods to study the dynamics of bosonic mean field for general quantum states which can present correlations. They obtained formulas to describe the dynamics of the correlations, or more generally reduced density matrices with an arbitrary order. This topic was widely developed these last years. N.J. Mauser was one of contributors, as well as on the notion of Wigner measure which is the key of the analysis developed by Z. Ammari and F. Nier. Generally, the mean field asymptotic is admitted is a good approximation of the N-body problem when N exceed about ten. It concerns the asymptotics of the reduced density matrices for one particle which does not describe the dynamics of the correlations. An objective is to test the validity of the mean field dynamics for reduced density matrices for 2 particles. For numerical tests, the discrete models which were not really handled in detail in the previous works of Z. Ammari and F. Nier seem adapted well. The thesis will thus include several steps: adapt the previous results from Z. Ammari and F. Nier to discrete models , develop numerical methods, for simple but relevant systems, allowing to validate the approximation of mean field and the formulas for the dynamics of the correlations. About numerics, symplectic numerical scheme are used, developed specifically these last years for the discretization of the hamiltonian equations. A last possible step concerns the combination of both asymptotics, that is mean field and approximation of the continuous models by the discrete models

Approximation du champ moyen de la dynamique à N corps pour les bosons dans un modèle numérique discret

The mean field approximation is numerically validated in the bosonic case by considering the time evolution of quantum states and their associated reduced density matrices by many-body Schrödinger dynamics. The model phase-space is finite-dimensional. The results are illustrated with numerical simulations of the evolution of quantum states according to the time, the number of the particles, and the dimension of the phase-space.L'approximation de champ moyen est numériquement validée dans le cas bosonique en considérant l'évolution en temps des états quantiques et leurs matrices densité réduite associées par la dynamique de Schrödinger à N corps. L'espace des phases modèle est de dimension finie. Les résultats sont illustrés avec des simulations numériques de l'évolution des états quantiques par rapport au temps, au nombre de particules et à la dimension de l'espace des phases

On the rate of convergence for the mean field approximation of bosonic many-body quantum dynamics

23 pages, 2 figuresInternational audienceWe consider the time evolution of quantum states by many-body Schrödinger dynamics and study the rate of convergence of their reduced density matrices in the mean field limit. If the prepared state at initial time is of coherent or factorized type and the number of particles $n$ is large enough then it is known that $1/n$ is the correct rate of convergence at any time. We show in the simple case of bounded pair potentials that the previous rate of convergence holds in more general situations with possibly correlated prepared states. In particular, it turns out that the coherent structure at initial time is unessential and the important fact is rather the speed of convergence of all reduced density matrices of the prepared states. We illustrate our result with several numerical simulations and examples of multi-partite entangled quantum states borrowed from quantum information