Effekter af halvt heltal vs. heltal i kvantesynkronisering af spinsystemer

Effekter af halvt heltal vs. heltal i kvantesynkronisering af spinsystemer

Tidsstempel: 29. december 2022 kl. 10:11
Kildeknude: 1792124

Ryan Tan1, Christoph Bruder1, og Martin Koppenhöfer2

1Institut for Fysik, University of Basel, Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Basel, Schweiz
2Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago, Chicago, Illinois 60637, USA

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi studerer kvantesynkroniseringen af ​​et enkelt spin drevet af et eksternt semiklassisk signal for spintal større end $S = 1$, det mindste system til at være vært for en kvante selvopretholdt oscillator. Forekomsten af ​​interferensbaseret kvantesynkroniseringsblokade viser sig at være kvalitativt forskellig for heltal vs. halvheltals spinnummer $S$. Vi forklarer dette fænomen som samspillet mellem det eksterne signal og strukturen af ​​grænsecyklussen i genereringen af ​​sammenhæng i systemet. Desuden viser vi, at den samme dissipative grænsecyklusstabiliseringsmekanisme fører til meget forskellige niveauer af kvantesynkronisering for heltal vs. halvheltal $S$. Ved at vælge en passende grænsecyklus for hvert spintal kan der imidlertid opnås sammenlignelige niveauer af kvantesynkronisering for både heltals- og halvheltalsspinsystemer.

Udvalgt billede: Maksimalt niveau af synkronisering for forskellige værdier af spin $S$ og forskellige grænsecyklusser. Ved at vælge forskellige grænsecyklusoscillatorer afhængigt af spin-systemets størrelse, findes en monoton vækst af det maksimale niveau af kvantesynkronisering som funktion af størrelsen af ​​systemets spin.

Populært resumé

Klassisk synkronisering er blevet undersøgt siden det 17. århundrede og har applikationer i mange områder af vores daglige liv, såsom i tidtagningsenheder og elnet. Kvantesystemer kan også synkronisere, og de har en række ægte kvanteeffekter i deres synkroniseringsadfærd. Et eksempel er interferensbaseret kvantesynkroniseringsblokade i drevne kvantegrænsecyklusoscillatorer, hvor en destruktiv interferenseffekt forhindrer synkronisering, selvom et eksternt signal påføres. Spin-systemer er en praktisk platform til at studere kvantesynkronisering på grund af deres begrænsede (og typisk lavdimensionelle) Hilbert-rum.

Her analyserer vi, hvordan kvantesynkronisering afhænger af spinsystemets størrelse. For specifikke kombinationer af en kvantegrænsecyklusoscillator og et anvendt signal finder vi kvalitative forskelle i antallet af synkroniseringsblokader og stærke svingninger i den maksimale mængde synkronisering, afhængigt af om spindet er heltal eller halvt heltal. Men hvis man vælger forskellige grænsecyklusoscillatorer afhængigt af spin-systemets størrelse, findes en monoton vækst af det maksimale niveau af kvantesynkronisering som funktion af størrelsen af ​​systemets spin.

Vores resultater kaster lys over de komplekse interferenseffekter i kvantesynkronisering og er et første skridt mod at studere kvante-til-klassisk overgang i synkronisering.

► BibTeX-data

► Referencer

[1] Arkady Pikovsky, Michael Rosenblum og Jürgen Kurths. "Synkronisering: Et universelt koncept i ikke-lineære videnskaber". Cambridge ikke-lineær videnskabsserie. Cambridge University Press. (2001).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511755743

[2] Steven H Strogatz. "Synkronisering: Hvordan orden opstår fra kaos i universet, naturen og dagligdagen". Hachette UK. (2012). url: https://www.hachettebooks.com/​titles/​steven-h-strogatz/​sync/​9781401304461/​.
https://​/​www.hachettebooks.com/​titles/​steven-h-strogatz/​sync/​9781401304461/​

[3] OV Zhirov og DL Shepelyansky. "Kvantesynkronisering". Eur. Phys. J. D 38, 375 (2006).
https://​/​doi.org/​10.1140/​epjd/​e2006-00011-9

[4] Max Ludwig og Florian Marquardt. "Quantum mange-krops dynamik i optomekaniske arrays". Phys. Rev. Lett. 111, 073603 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley og AD Armour. "Synkronisering af mikromasere". Phys. Rev. A 94, 063819 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee og HR Sadeghpour. "Kvantesynkronisering af kvante van der Pol-oscillatorer med fangede ioner". Phys. Rev. Lett. 111, 234101 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss, Stefan Walter og Florian Marquardt. "Kvantekohærente faseoscillationer i synkronisering". Phys. Rev. A 95, 041802 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.95.041802

[8] Niels Lörch, Simon E Nigg, Andreas Nunnenkamp, ​​Rakesh P Tiwari og Christoph Bruder. "Kvantesynkroniseringsblokade: Energikvantisering hindrer synkronisering af identiske oscillatorer". Phys. Rev. Lett. 118, 243602 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai, Niels Lörch, Andreas Nunnenkamp, ​​Stefan Walter og Christoph Bruder. "Synkronisering af et optomekanisk system til et eksternt drev". Phys. Rev. A 95, 053858 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai, Martin Koppenhöfer, Niels Lörch og Christoph Bruder. "Kvanteeffekter i amplitudedød af koblede anharmoniske selvoscillatorer". Phys. Rev. E 97, 052203 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani, Gonzalo Manzano, Roberta Zambrini og Rosario Fazio. "Synkronisering langs kvantebaner". Phys. Rev. Research 2, 023101 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher W Wächtler og Gloria Platero. "Topologisk synkronisering af kvante van der pol oscillatorer" (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Steven H Strogatz. "Ikke-lineær dynamik og kaos: med applikationer til fysik". CRC Tryk. (2015).

[14] Igor Goychuk, Jesús Casado-Pascual, Manuel Morillo, Jörg Lehmann og Peter Hänggi. "Kvante stokastisk synkronisering". Phys. Rev. Lett. 97, 210601 (2006).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov og DL Shepelyansky. "Synkronisering og bistabilitet af en qubit koblet til en drevet dissipativ oscillator". Phys. Rev. Lett. 100, 014101 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi, F. Plastina, G. Francica og R. Zambrini. "Spontan synkronisering og kvantekorrelationsdynamik af åbne spinsystemer". Phys. Rev. A 88, 042115 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu, DA Tieri, EC Fine, James K. Thompson og MJ Holland. "Synkronisering af to ensembler af atomer". Phys. Rev. Lett. 113, 154101 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.113.154101

[18] V. Ameri, M. Eghbali-Arani, A. Mari, A. Farace, F. Kheirandish, V. Giovannetti og R. Fazio. "Gensidig information som en ordreparameter for kvantesynkronisering". Phys. Rev. A 91, 012301 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre Roulet og Christoph Bruder. "Synkronisering af det mindst mulige system". Phys. Rev. Lett. 121, 053601 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre Roulet og Christoph Bruder. "Kvantesynkronisering og entanglement generation". Phys. Rev. Lett. 121, 063601 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhöfer og Alexandre Roulet. "Optimal synkronisering dybt i kvanteregimet: Ressource og fundamental grænse". Phys. Rev. A 99, 043804 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.043804

[22] C. Senko, P. Richerme, J. Smith, A. Lee, I. Cohen, A. Retzker og C. Monroe. "Realisering af en kvante-heltals-spin-kæde med kontrollerbare interaktioner". Phys. Rev. X 5, 021026 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.5.021026

[23] Matthew Neeley, Markus Ansmann, Radoslaw C Bialczak, Max Hofheinz, Erik Lucero, Aaron D O'Connell, Daniel Sank, Haohua Wang, James Wenner, Andrew N Cleland, et al. "Emulering af et kvantespin med en superledende fase qudit". Science 325, 722-725 (2009).
https://​doi.org/​10.1126/​science.1173440

[24] Martin Koppenhöfer, Christoph Bruder og Alexandre Roulet. "Kvantesynkronisering på ibm q-systemet". Phys. Rev. Research 2, 023026 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.023026

[25] Arif Warsi Laskar, Pratik Adhikary, Suprodip Mondal, Parag Katiyar, Sai Vinjanampathy og Saikat Ghosh. "Observation af kvantefasesynkronisering i spin-1-atomer". Phys. Rev. Lett. 125, 013601 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanampathy og TS Mahesh. "Observation af kvantefasesynkronisering i et nuklear-spin-system". Phys. Rev. A 105, 062206 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.105.062206

[27] GS Agarwal og RR Puri. "Ikke-ligevægtsfaseovergange i et klemt hulrum og generering af spin-tilstande, der tilfredsstiller usikkerhedslighed". Optics Communications 69, 267-270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS Agarwal og RR Puri. "Samarbejdende adfærd af atomer bestrålet af bredbåndsklemt lys". Phys. Rev. A 41, 3782-3791 (1990).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan og M. Fleischhauer. "Dekohærensfri generering af sammenfiltring af mange partikler ved adiabatiske grundtilstandsovergange". Phys. Rev. Lett. 90, 133601 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal, Rémy Mosseri og Jorge Dukelsky. "Entanglement i en førsteordens kvantefaseovergang". Phys. Rev. A 69, 054101 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.69.054101

[31] Klaus Mølmer og Anders Sørensen. "Flerpartikelsammenfiltring af varmefangede ioner". Phys. Rev. Lett. 82, 1835-1838 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.82.1835

[32] D. Leibfried, MD Barrett, T. Schaetz, J. Britton, J. Chiaverini, WM Itano, JD Jost, C. Langer og DJ Wineland. "Mod heisenberg-begrænset spektroskopi med multipartikel sammenfiltrede tilstande". Science 304, 1476-1478 (2004).
https://​doi.org/​10.1126/​science.1097576

[33] D. Leibfried, E. Knill, S. Seidelin, J. Britton, RB Blakestad, J. Chiaverini, DB Hume, WM Itano, JD Jost, C. Langer, R. Ozeri, R. Reichle og DJ Wineland. "Skabelsen af ​​en seks-atomet schrödinger-kattestat". Nature 438, 639-642 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature04251

[34] Peter Groszkowski, Martin Koppenhöfer, Hoi-Kwan Lau og AA Clerk. "Reservoir-konstrueret spin squeezing: Makroskopiske lige-ulige effekter og hybrid-systemer implementeringer". Phys. Rev. X 12, 011015 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari, A. Farace, N. Didier, V. Giovannetti og R. Fazio. "Mål for kvantesynkronisering i kontinuerlige variable systemer". Phys. Rev. Lett. 111, 103605 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee, Ching-Kit Chan og Shenshen Wang. "Entanglement tunge og kvantesynkronisering af forstyrrede oscillatorer". Phys. Rev. E 89, 022913 (2014).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve, Gian Luca Giorgi og Roberta Zambrini. "Forelæsninger om generelle kvantekorrelationer og deres anvendelser". Kapitel Kvantekorrelationer og synkroniseringsforanstaltninger, side 393-420. Springer International Publishing. (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-53412-1_18

[38] Noufal Jaseem, Michal Hajdušek, Parvinder Solanki, Leong-Chuan Kwek, Rosario Fazio og Sai Vinjanampathy. "Generaliseret mål for kvantesynkronisering". Phys. Rev. Research 2, 043287 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush, Weibin Li, Sam Genway, Igor Lesanovsky og Andrew D. Armour. "Spin-korrelationer som en probe for kvantesynkronisering i fangede-ion-fononlasere". Phys. Rev. A 91, 061401 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss, Andreas Kronwald og Florian Marquardt. "Støj-inducerede overgange i optomekanisk synkronisering". New Journal of Physics 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM Radcliffe. "Nogle egenskaber ved sammenhængende spintilstande". J. af Phys. A: General Physics 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca, Cameron Booker og Dieter Jaksch. "Algebraisk teori om kvantesynkronisering og grænsecyklusser under dissipation". SciPost Physics 12, 097 (2022).
https://​/​doi.org/​10.21468/​SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink og GR Satchler. "Vinkelmomentum". Clarendon Press. (1968).

[44] EP Wigner. "Gruppeteori: Og dens anvendelse på atomspektrenes kvantemekanik". Akademisk presse. (1959).

Citeret af

[1] Parvinder Solanki, Faraz Mohd Mehdi, Michal Hajdušek og Sai Vinjanampathy, "Symmetries and Synchronization Blockade", arXiv: 2212.09388.

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2022-12-30 03:29:08). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2022-12-30 03:29:07).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

Tidsstempel:

Mere fra Quantum Journal