Εφέ μισού ακέραιου έναντι ακέραιου αριθμού στον κβαντικό συγχρονισμό συστημάτων spin

Εφέ μισού ακέραιου έναντι ακέραιου αριθμού στον κβαντικό συγχρονισμό συστημάτων spin

Χρονική σήμανση: 29 Δεκεμβρίου 2022 10:11 π.μ.
Κόμβος πηγής: 1792124

Ράιαν Ταν1, Κρίστοφ Μπρούντερ1, και Martin Koppenhöfer2

1Department of Physics, University of Basel, Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Basel, Switzerland
2Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago, Chicago, Illinois 60637, USA

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Μελετάμε τον κβαντικό συγχρονισμό ενός μεμονωμένου σπιν που οδηγείται από ένα εξωτερικό ημικλασικό σήμα για αριθμούς περιστροφής μεγαλύτερους από $S = 1$, το μικρότερο σύστημα που φιλοξενεί έναν κβαντικό αυτοσυντηρούμενο ταλαντωτή. Η εμφάνιση αποκλεισμού κβαντικού συγχρονισμού που βασίζεται σε παρεμβολές βρέθηκε να είναι ποιοτικά διαφορετική για τον αριθμό περιστροφής ακέραιου έναντι μισού ακέραιου αριθμού $S$. Εξηγούμε αυτό το φαινόμενο ως την αλληλεπίδραση μεταξύ του εξωτερικού σήματος και της δομής του οριακού κύκλου στη δημιουργία συνοχής στο σύστημα. Επιπλέον, δείχνουμε ότι ο ίδιος μηχανισμός σταθεροποίησης οριακού κύκλου διάχυσης οδηγεί σε πολύ διαφορετικά επίπεδα κβαντικού συγχρονισμού για ακέραιο έναντι μισού ακέραιου $S$. Ωστόσο, επιλέγοντας έναν κατάλληλο οριακό κύκλο για κάθε αριθμό περιστροφής, μπορούν να επιτευχθούν συγκρίσιμα επίπεδα κβαντικού συγχρονισμού τόσο για συστήματα ακέραιου όσο και μισού ακέραιου αριθμού περιστροφής.

Επιλεγμένη εικόνα: Μέγιστο επίπεδο συγχρονισμού για διαφορετικές τιμές περιστροφής $S$ και διαφορετικούς κύκλους ορίων. Επιλέγοντας διαφορετικούς ταλαντωτές οριακού κύκλου ανάλογα με το μέγεθος του συστήματος σπιν, διαπιστώνεται μια μονότονη αύξηση του μέγιστου επιπέδου κβαντικού συγχρονισμού ως συνάρτηση του μεγέθους του σπιν του συστήματος.

Δημοφιλή περίληψη

Ο κλασικός συγχρονισμός έχει μελετηθεί από τον 17ο αιώνα και έχει εφαρμογές σε πολλούς τομείς της καθημερινότητάς μας, όπως σε συσκευές μέτρησης χρόνου και δίκτυα ισχύος. Τα κβαντικά συστήματα μπορούν επίσης να συγχρονιστούν και διαθέτουν μια σειρά από γνήσια κβαντικά εφέ στη συμπεριφορά συγχρονισμού τους. Ένα παράδειγμα είναι ο αποκλεισμός κβαντικού συγχρονισμού που βασίζεται σε παρεμβολές σε κινούμενους κβαντικούς ταλαντωτές οριακού κύκλου, όπου ένα καταστροφικό φαινόμενο παρεμβολής αποτρέπει τον συγχρονισμό ακόμη και αν εφαρμόζεται εξωτερικό σήμα. Τα συστήματα Spin είναι μια βολική πλατφόρμα για τη μελέτη του κβαντικού συγχρονισμού λόγω του πεπερασμένου (και συνήθως χαμηλών διαστάσεων) χώρου Hilbert.

Εδώ, αναλύουμε πώς ο κβαντικός συγχρονισμός εξαρτάται από το μέγεθος του συστήματος περιστροφής. Για συγκεκριμένους συνδυασμούς ενός κβαντικού ταλαντωτή οριακού κύκλου και ενός εφαρμοζόμενου σήματος, βρίσκουμε ποιοτικές διαφορές στον αριθμό των αποκλεισμών συγχρονισμού και ισχυρές ταλαντώσεις στη μέγιστη ποσότητα συγχρονισμού, ανάλογα με το αν το σπιν είναι ακέραιος ή μισός. Ωστόσο, εάν κάποιος επιλέξει διαφορετικούς ταλαντωτές οριακού κύκλου ανάλογα με το μέγεθος του συστήματος σπιν, διαπιστώνεται μια μονοτονική αύξηση του μέγιστου επιπέδου κβαντικού συγχρονισμού ως συνάρτηση του μεγέθους του σπιν του συστήματος.

Τα αποτελέσματά μας ρίχνουν φως στα πολύπλοκα φαινόμενα παρεμβολής στον κβαντικό συγχρονισμό και αποτελούν ένα πρώτο βήμα προς τη μελέτη της μετάβασης από κβαντικό σε κλασικό στον συγχρονισμό.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

[1] Arkady Pikovsky, Michael Rosenblum και Jürgen Kurths. «Συγχρονισμός: Μια καθολική έννοια στις μη γραμμικές επιστήμες». Cambridge Nonlinear Science Series. Cambridge University Press. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511755743

[2] Steven H Strogatz. «Συγχρονισμός: Πώς προκύπτει η τάξη από το χάος στο σύμπαν, τη φύση και την καθημερινή ζωή». 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 και DL Shepelyansky. «Κβαντικός συγχρονισμός». Ευρώ. Phys. J. D 38, 375 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2006-00011-9

[4] Max Ludwig και Florian Marquardt. «Κβαντική δυναμική πολλών σωμάτων σε οπτομηχανικές συστοιχίες». Phys. Αναθ. Lett. 111, 073603 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley και AD Armour. «Συγχρονισμός μικρομέιζερ». Phys. Α' 94, 063819 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee και HR Sadeghpour. «Κβαντικός συγχρονισμός κβαντικών ταλαντωτών van der Pol με παγιδευμένα ιόντα». Phys. Αναθ. Lett. 111, 234101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss, Stefan Walter και Florian Marquardt. «Κβαντικές-συνεκτικές ταλαντώσεις φάσης σε συγχρονισμό». Phys. Απ. Α 95, 041802 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.041802

[8] Niels Lörch, Simon E Nigg, Andreas Nunnenkamp, ​​Rakesh P Tiwari και Christoph Bruder. «Αποκλεισμός κβαντικού συγχρονισμού: Η κβαντοποίηση ενέργειας εμποδίζει το συγχρονισμό πανομοιότυπων ταλαντωτών». Phys. Αναθ. Lett. 118, 243602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai, Niels Lörch, Andreas Nunnenkamp, ​​Stefan Walter και Christoph Bruder. «Συγχρονισμός οπτομηχανικού συστήματος με εξωτερικό δίσκο». Phys. Α' 95, 053858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai, Martin Koppenhöfer, Niels Lörch και Christoph Bruder. «Κβαντικές επιδράσεις σε θάνατο πλάτους συζευγμένων αναρμονικών αυτοταλαντωτών». Phys. Ε 97, 052203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani, Gonzalo Manzano, Roberta Zambrini και Rosario Fazio. «Συγχρονισμός κατά μήκος κβαντικών τροχιών». Phys. Rev. Research 2, 023101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher W Wächtler και Gloria Platero. «Τοπολογικός συγχρονισμός κβαντικών ταλαντωτών van der pol» (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Steven H Strogatz. «Μη γραμμική δυναμική και χάος: με εφαρμογές στη φυσική». Τύπος CRC. (2015).

[14] Igor Goychuk, Jesús Casado-Pascual, Manuel Morillo, Jörg Lehmann και Peter Hänggi. «Κβαντικός στοχαστικός συγχρονισμός». Phys. Αναθ. Lett. 97, 210601 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov και DL Shepelyansky. «Συγχρονισμός και δισταθερότητα ενός qubit συνδεδεμένου με έναν οδηγούμενο διασκορπιστικό ταλαντωτή». Phys. Αναθ. Lett. 100, 014101 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi, F. Plastina, G. Francica, and R. Zambrini. «Αυθόρμητος συγχρονισμός και δυναμική κβαντικής συσχέτισης συστημάτων ανοιχτής περιστροφής». Phys. Αναθ. Α 88, 042115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu, DA Tieri, EC Fine, James K. Thompson και MJ Holland. «Συγχρονισμός δύο συνόλων ατόμων». Phys. Αναθ. 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 και R. Fazio. «Αμοιβαία πληροφορία ως παράμετρος παραγγελίας για κβαντικό συγχρονισμό». Phys. Α' 91, 012301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre Roulet και Christoph Bruder. «Συγχρονισμός του μικρότερου δυνατού συστήματος». Phys. Αναθ. Lett. 121, 053601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre Roulet και Christoph Bruder. «Κβαντικός συγχρονισμός και δημιουργία εμπλοκής». Phys. Αναθ. Lett. 121, 063601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhöfer και Alexandre Roulet. «Βέλτιστος συγχρονισμός βαθιά στο κβαντικό καθεστώς: Πόροι και θεμελιώδες όριο». Phys. Α' 99, 043804 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.043804

[22] C. Senko, P. Richerme, J. Smith, A. Lee, I. Cohen, A. Retzker, and C. Monroe. «Πραγματοποίηση μιας κβαντικής αλυσίδας ακέραιου αριθμού με ελεγχόμενες αλληλεπιδράσεις». Phys. Αναθ. Χ 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, κ.ά. «Εξομοίωση κβαντικού σπιν με υπεραγώγιμη φάση qudit». Science 325, 722–725 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1173440

[24] Martin Koppenhöfer, Christoph Bruder και Alexandre Roulet. «Κβαντικός συγχρονισμός στο σύστημα ibm q». 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 και Saikat Ghosh. «Παρατήρηση του συγχρονισμού κβαντικής φάσης σε άτομα spin-1». Phys. Αναθ. Lett. 125, 013601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanampathy και TS Mahesh. Παρατήρηση συγχρονισμού κβαντικής φάσης σε σύστημα πυρηνικής περιστροφής. Phys. Αναθ. Α 105, 062206 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] GS Agarwal και RR Puri. «Μεταβάσεις φάσης μη ισορροπίας σε μια συμπιεσμένη κοιλότητα και η δημιουργία καταστάσεων σπιν που ικανοποιούν την ισότητα αβεβαιότητας». Optics Communications 69, 267-270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS Agarwal και RR Puri. «Συνεργατική συμπεριφορά ατόμων που ακτινοβολούνται από ευρυζωνικό συμπιεσμένο φως». Phys. Rev. A 41, 3782–3791 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan και M. Fleischhauer. «Δημιουργία εμπλοκής πολλών σωματιδίων χωρίς αποσυνοχή από αδιαβατικές μεταβάσεις θεμελιωδών καταστάσεων». Phys. Αναθ. Lett. 90, 133601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal, Rémy Mosseri και Jorge Dukelsky. «Διαπλοκή σε μια κβαντική μετάβαση φάσης πρώτης τάξης». Phys. Αναθ. Α 69, 054101 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] Klaus Mølmer και Anders Sørensen. «Πολυσωματιδιακή εμπλοκή θερμών παγιδευμένων ιόντων». Phys. Αναθ. 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 και DJ Wineland. «Προς φασματοσκοπία περιορισμένης από τον Χάιζενμπεργκ με μπερδεμένες καταστάσεις πολλαπλών σωματιδίων». 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 και DJ Wineland. «Δημιουργία μιας κατάστασης γάτας Schrödinger έξι ατόμων». Nature 438, 639–642 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature04251

[34] Peter Groszkowski, Martin Koppenhöfer, Hoi-Kwan Lau και AA Clerk. «Συμπιέσιμο σπιν με μηχανική δεξαμενή: Μακροσκοπικά εφέ ζυγού-περιττού και υλοποιήσεις υβριδικών συστημάτων». Phys. Αναθ. Χ 12, 011015 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari, A. Farace, N. Didier, V. Giovannetti και R. Fazio. «Μέτρα κβαντικού συγχρονισμού σε συστήματα συνεχούς μεταβλητής». Phys. Αναθ. Lett. 111, 103605 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee, Ching-Kit Chan και Shenshen Wang. «Γλώσσα εμπλοκής και κβαντικός συγχρονισμός διαταραγμένων ταλαντωτών». Phys. Ε 89, 022913 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve, Gian Luca Giorgi και Roberta Zambrini. «Διαλέξεις για τις γενικές κβαντικές συσχετίσεις και τις εφαρμογές τους». Κεφάλαιο Κβαντικές συσχετίσεις και μέτρα συγχρονισμού, σελίδες 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 και Sai Vinjanampathy. «Γενικό μέτρο κβαντικού συγχρονισμού». Phys. Rev. Research 2, 043287 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush, Weibin Li, Sam Genway, Igor Lesanovsky και Andrew D. Armour. «Συσχετισμοί σπιν ως ανιχνευτής κβαντικού συγχρονισμού σε λέιζερ φωνονίων παγιδευμένων ιόντων». Phys. Απ. Α 91, 061401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss, Andreas Kronwald και Florian Marquardt. «Μεταβάσεις που προκαλούνται από θόρυβο στον οπτομηχανικό συγχρονισμό». New Journal of Physics 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM Radcliffe. «Μερικές ιδιότητες συνεκτικών καταστάσεων περιστροφής». J. of Phys. Α: General Physics 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca, Cameron Booker και Dieter Jaksch. «Αλγεβρική θεωρία κβαντικού συγχρονισμού και οριακών κύκλων υπό διάχυση». SciPost Physics 12, 097 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink και GR Satchler. "Στροφορμή". Clarendon Press. (1968).

[44] EP Wigner. «Θεωρία ομάδων: Και η εφαρμογή της στην κβαντική μηχανική των ατομικών φασμάτων». Ακαδημαϊκός Τύπος. (1959).

Αναφέρεται από

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

Οι παραπάνω αναφορές είναι από SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2022-12-30 03:29:08). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.

On Η υπηρεσία παραπομπής του Crossref δεν βρέθηκαν δεδομένα σχετικά με την αναφορά έργων (τελευταία προσπάθεια 2022-12-30 03:29:07).

Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Quantum Journal