Messinduzierte mehrteilige Verschränkungsregime in kollektiven Spinsystemen

Messinduzierte mehrteilige Verschränkungsregime in kollektiven Spinsystemen

Zeitstempel: 18. Januar 2024, 5:55 Uhr
Quellknoten: 3072675

Pablo M. Poggi1,2 und Manuel H. Muñoz-Arias3

1Fachbereich Physik, SUPA und University of Strathclyde, Glasgow G4 0NG, Vereinigtes Königreich
2Zentrum für Quanteninformation und -kontrolle, Abteilung für Physik und Astronomie, Universität von New Mexico, Albuquerque, New Mexico 87131, USA
3Institut Quantique und Département de Physique, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Quebec, J1K 2R1, Kanada

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Abstrakt

Wir untersuchen die konkurrierenden Effekte von kollektiven verallgemeinerten Messungen und wechselwirkungsinduziertem Scrambling in der Dynamik eines Ensembles von Spin-1/2-Teilchen auf der Ebene von Quantentrajektorien. Dieser Aufbau kann als analog zu dem angesehen werden, der zu messinduzierten Übergängen in Quantenschaltkreisen führt. Wir zeigen, dass das Zusammenspiel zwischen kollektiver Einheitsdynamik und Messungen zu drei Regimen der durchschnittlichen Quantum Fisher Information (QFI) führt, die ein Zeugnis einer mehrteiligen Verschränkung als Funktion der Überwachungsstärke sind. Während sowohl schwache als auch starke Messungen zu einer umfassenden QFI-Dichte führen (d. h. einzelne Quantentrajektorien ergeben Zustände mit Heisenberg-Skalierung), entsteht für alle Systemgrößen ein Zwischenregime klassischer Zustände, bei dem die Messung effektiv mit der Verwürfelungsdynamik konkurriert und die Entwicklung verhindert von Quantenkorrelationen, die zu sub-Heisenberg-begrenzten Zuständen führen. Wir charakterisieren diese Regime und die Überschneidungen zwischen ihnen mithilfe numerischer und analytischer Werkzeuge und diskutieren die Zusammenhänge zwischen unseren Erkenntnissen, Verschränkungsphasen in überwachten Vielteilchensystemen und dem Quanten-zu-klassischen Übergang.

Populäre Zusammenfassung

Während Wechselwirkungen innerhalb eines Vielteilchen-Quantensystems dazu neigen, stark korrelierte Zustände zu erzeugen, führt die Durchführung lokaler Messungen typischerweise dazu, die verschiedenen Subsysteme zu entwirren. In Kombination führt das Zusammenspiel dieser beiden Effekte häufig zu messungsinduzierten Übergängen, die zwei unterschiedliche stabile Phasen trennen: eine wechselwirkungsgesteuerte Phase, in der die Verschränkung hoch ist, und eine andere messungsgesteuerte Phase, in der die Verschränkung gering ist. Allerdings können unterschiedliche Arten von Messungen zu anderen Szenarien führen und häufig auch selbst eine Verschränkung erzeugen. In dieser Arbeit untersuchen wir Quanten-Vielteilchensysteme, in denen sowohl Wechselwirkungen als auch Messungen gemeinsam stattfinden und daher bei getrennter Wirkung ein hohes Maß an Verschränkung erzeugen. Wir zeigen, dass zwischen diesen beiden Akteuren ein nichttrivialer Wettbewerb entsteht, der zu Konfigurationen mit sehr geringer Verschränkung führt. Diese entstehen, wenn Messungen und Wechselwirkungen von vergleichbarer Stärke sind, und wir zeigen, dass dieses Phänomen mit dem grundlegenden Mechanismus verknüpft werden kann, der die Entstehung der klassischen Phasenraumdynamik aus Quantentrajektorien erklärt.

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[69] Zeyang Li, Boris Braverman, Simone Colombo, Chi Shu, Akio Kawasaki, Albert F. Adiyatullin, Edwin Pedrozo-Peñafiel, Enrique Mendez und Vladan Vuletić. „Kollektive Spin-Licht- und lichtvermittelte Spin-Spin-Wechselwirkungen in einem optischen Hohlraum“. PRX Quantum 3, 020308 (2022).
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[70] Ben Q. Baragiola, Leigh M. Norris, Enrique Montaño, Pascal G. Mickelson, Poul S. Jessen und Ivan H. Deutsch. „Dreidimensionale Licht-Materie-Schnittstelle für kollektives Spin-Squeezing in Atomensembles“. Physik. Rev. A 89, 033850 (2014).
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[71] T. Holstein und H. Primakoff. „Feldabhängigkeit der intrinsischen Domänenmagnetisierung eines Ferromagneten“. Physical Review 58, 1098–1113 (1940).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.58.1098

Zitiert von

[1] Gianluca Passarelli, Xhek Turkeshi, Angelo Russomanno, Procolo Lucignano, Marco Schirò und Rosario Fazio, „Post-selection-free Measurement-Induced Phase Transition in Driven Atomic Gases with Collective Decay“, arXiv: 2306.00841, (2023).

[2] Bo Xing, Xhek Turkeshi, Marco Schiró, Rosario Fazio und Dario Poletti, „Wechselwirkungen und Integrierbarkeit in schwach überwachten Hamilton-Systemen“, arXiv: 2308.09133, (2023).

[3] Yu-Xin Wang, Alireza Seif und Aashish A. Clerk, „Aufdeckung messinduzierter Verschränkung durch direktionale adaptive Dynamik und unvollständige Informationen“, arXiv: 2310.01338, (2023).

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