Puolikokonaisluku vs. kokonaisluku vaikutukset spinjärjestelmien kvanttisynkronoinnissa

Puolikokonaisluku vs. kokonaisluku vaikutukset spinjärjestelmien kvanttisynkronoinnissa

Aikaleima: 29. joulukuuta 2022 10
Lähdesolmu: 1792124

Ryan Tan1, Christoph Bruder1ja Martin Koppenhöfer2

1Fysiikan laitos, Baselin yliopisto, Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Basel, Sveitsi
2Pritzkerin molekyylitekniikan koulu, Chicagon yliopisto, Chicago, Illinois 60637, USA

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Tutkimme ulkoisen puoliklassisen signaalin ohjaaman yksittäisen spinin kvanttisynkronointia spinnumeroille, jotka ovat suurempia kuin $S = 1$, mikä on pienin järjestelmä, joka isännöi kvanttiomavaraista oskillaattoria. Häiriöpohjaisen kvanttisynkronoinnin eston on havaittu olevan laadullisesti erilainen kokonaisluvun ja puolikokonaisluvun pyörimisluvulle $S$. Selitämme tämän ilmiön ulkoisen signaalin ja rajasyklin rakenteen välisenä vuorovaikutuksena koherenssin muodostuksessa järjestelmässä. Lisäksi osoitamme, että sama dissipatiivinen rajasyklin stabilointimekanismi johtaa hyvin erilaisiin kvanttisynkronoinnin tasoihin kokonaisluvulle vs. puolikokonaisluvulle $S$. Kuitenkin valitsemalla sopiva rajajakso kullekin spin-luvulle, voidaan saavuttaa vertailukelpoiset kvanttisynkronointitasot sekä kokonaisluku- että puolikokonaislukujärjestelmille.

Suositeltu kuva: Synkronoinnin enimmäistaso eri arvoille spin $S$ ja eri rajoitusjaksoille. Valitsemalla erilaisia ​​rajasyklioskillaattorit spin-järjestelmän koosta riippuen saadaan aikaan monotoninen kvanttisynkronoinnin maksimitason kasvu järjestelmän spinin koon funktiona.

Suosittu yhteenveto

Klassista synkronointia on tutkittu 17-luvulta lähtien ja sillä on sovelluksia monilla jokapäiväisen elämämme alueilla, kuten ajanmittauslaitteissa ja sähköverkoissa. Kvanttijärjestelmät voivat myös synkronoida, ja niiden synkronointikäyttäytymisessä on useita aitoja kvanttiefektejä. Esimerkkinä on häiriöpohjainen kvanttisynkronoinnin esto ohjatuissa kvanttirajasyklin oskillaattorissa, jossa tuhoava häiriövaikutus estää synkronoinnin, vaikka ulkoista signaalia käytetään. Spin-järjestelmät ovat kätevä alusta kvanttisynkronoinnin tutkimiseen rajallisen (ja tyypillisesti pieniulotteisen) Hilbert-avaruutensa vuoksi.

Tässä analysoimme kuinka kvanttisynkronointi riippuu spinjärjestelmän koosta. Kvanttirajasyklin oskillaattorin ja sovelletun signaalin tietyillä yhdistelmillä löydämme laadullisia eroja synkronoinnin estojen lukumäärässä ja voimakkaita värähtelyjä synkronoinnin maksimimäärässä riippuen siitä, onko spin kokonaisluku vai puolikokonaisluku. Jos kuitenkin valitaan erilaisia ​​rajasyklioskillaattorit spin-järjestelmän koosta riippuen, havaitaan kvanttisynkronoinnin maksimitason monotoninen kasvu järjestelmän spinin koon funktiona.

Tuloksemme valaisevat kvanttisynkronoinnin monimutkaisia ​​häiriövaikutuksia ja ovat ensimmäinen askel kohti synkronoinnin kvantti-klassisen siirtymisen tutkimista.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Arkady Pikovsky, Michael Rosenblum ja Jürgen Kurths. "Synkronointi: universaali käsite epälineaarisissa tieteissä". Cambridgen epälineaarinen tiedesarja. Cambridge University Press. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511755743

[2] Steven H Strogatz. "Synkronointi: Kuinka järjestys syntyy kaaoksesta universumissa, luonnossa ja jokapäiväisessä elämässä". 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 ja DL Shepeljansky. "Kvanttisynkronointi". euroa Phys. J. D 38, 375 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2006-00011-9

[4] Max Ludwig ja Florian Marquardt. "Kvanttimonen kappaleen dynamiikka optomekaanisissa ryhmissä". Phys. Rev. Lett. 111, 073603 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley ja AD Armour. "Mikromaserien synkronointi". Phys. Rev. A 94, 063819 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee ja HR Sadeghpour. "Kvanttivan der Pol -oskillaattorien kvanttisynkronointi loukkuun jääneiden ionien kanssa". Phys. Rev. Lett. 111, 234101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss, Stefan Walter ja Florian Marquardt. "Kvanttikoherentit vaihevärähtelyt synkronoinnissa". 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 ja Christoph Bruder. "Kvanttisynkronoinnin esto: Energian kvantisointi estää identtisten oskillaattorien synkronoinnin". Phys. Rev. Lett. 118, 243602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai, Niels Lörch, Andreas Nunnenkamp, ​​Stefan Walter ja Christoph Bruder. "Optomekaanisen järjestelmän synkronointi ulkoiseen asemaan". Phys. Rev. A 95, 053858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai, Martin Koppenhöfer, Niels Lörch ja Christoph Bruder. "Kvanttivaikutukset kytkettyjen anharmonisten itseoskillaattorien amplitudikuolemaan". Phys. Rev. E 97, 052203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani, Gonzalo Manzano, Roberta Zambrini ja Rosario Fazio. "Synkronointi kvanttiratoja pitkin". Phys. Rev. Research 2, 023101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher W Wächtler ja Gloria Platero. "Kvanttivan der pol-oskillaattorien topologinen synkronointi" (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Steven H Strogatz. "Epälineaarinen dynamiikka ja kaaos: fysiikan sovelluksilla". CRC Press. (2015).

[14] Igor Goychuk, Jesús Casado-Pascual, Manuel Morillo, Jörg Lehmann ja Peter Hänggi. "Kvanttistokastinen synkronointi". Phys. Rev. Lett. 97, 210601 2006 (XNUMX).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov ja DL Shepeljansky. "Käytettyyn dissipatiiviseen oskillaattoriin kytketyn kubitin synkronointi ja bistabiilisuus". Phys. Rev. Lett. 100, 014101 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi, F. Plastina, G. Francica ja R. Zambrini. "Avointen spin-järjestelmien spontaani synkronointi ja kvanttikorrelaatiodynamiikka". Phys. Rev. A 88, 042115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu, DA Tieri, EC Fine, James K. Thompson ja MJ Holland. "Kahden atomiryhmän synkronointi". 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 ja R. Fazio. "Keskinäinen tieto kvanttisynkronoinnin tilausparametrina". Phys. Rev. A 91, 012301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre Roulet ja Christoph Bruder. "Pienimmän mahdollisen järjestelmän synkronointi". Phys. Rev. Lett. 121, 053601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre Roulet ja Christoph Bruder. "Kvanttisynkronointi ja takertuminen". Phys. Rev. Lett. 121, 063601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhöfer ja Alexandre Roulet. "Optimaalinen synkronointi syvällä kvanttijärjestelmässä: Resurssi- ja perusraja". 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 ja C. Monroe. "Kvanttikokonaisluku-spin-ketjun toteuttaminen ohjattavilla vuorovaikutuksilla". 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 jne. "Kvanttispin emulointi suprajohtavan vaiheen quditilla". Science 325, 722–725 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1173440

[24] Martin Koppenhöfer, Christoph Bruder ja Alexandre Roulet. "Kvanttisynkronointi ibm q -järjestelmässä". 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 Vinjanapathy ja Saikat Ghosh. "Kvanttifaasisynkronoinnin havainnointi spin-1-atomeissa". Phys. Rev. Lett. 125, 013601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanapathy ja TS Mahesh. "Kvanttifaasisynkronoinnin havainnointi ydinspin-järjestelmässä". Phys. Rev. A 105, 062206 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] GS Agarwal ja RR Puri. "Epätasapainoiset faasisiirtymät puristetussa ontelossa ja epävarmuuden tasa-arvon tyydyttävien spin-tilojen muodostuminen". Optics Communications 69, 267–270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS Agarwal ja RR Puri. "Laajakaistaisen puristetun valon säteilyttämien atomien yhteistoiminnallinen käyttäytyminen". Phys. Rev. A 41, 3782–3791 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan ja M. Fleischhauer. "Dekoherenssiton synnytys monien hiukkasten takertumiseen adiabaattisten perustilasiirtymien avulla". Phys. Rev. Lett. 90, 133601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal, Rémy Mosseri ja Jorge Dukelsky. "Setanglement ensimmäisen asteen kvanttifaasisiirtymässä". Phys. Rev. A 69, 054101 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] Klaus Mølmer ja Anders Sørensen. "Kuumien loukkuun jääneiden ionien monihiukkanen takertuminen". 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 ja DJ Wineland. "Kohti Heisenberg-rajoitettua spektroskopiaa, jossa on monihiukkaset kietoutuvat tilat". 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 ja DJ Wineland. "Kuuden atomin schrödingerin kissavaltion luominen". Nature 438, 639–642 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature04251

[34] Peter Groszkowski, Martin Koppenhöfer, Hoi-Kwan Lau ja AA-virkailija. "Reservoir-suunniteltu spin puristaminen: Makroskooppiset parilliset tehosteet ja hybridijärjestelmien toteutukset". Phys. Rev. X 12, 011015 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari, A. Farace, N. Didier, V. Giovannetti ja R. Fazio. "Kvanttisynkronoinnin toimenpiteet jatkuvatoimisissa muuttujajärjestelmissä". Phys. Rev. Lett. 111, 103605 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee, Ching-Kit Chan ja Shenshen Wang. "Epäjärjestyneiden oskillaattorien sotkeutumiskieli ja kvanttisynkronointi". Phys. Rev. E 89, 022913 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve, Gian Luca Giorgi ja Roberta Zambrini. "Luentoja yleisistä kvanttikorrelaatioista ja niiden sovelluksista". Luku Kvanttikorrelaatiot ja synkronointimitat, sivut 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 ja Sai Vinjanapathy. "Kvanttisynkronoinnin yleinen mitta". Phys. Rev. Research 2, 043287 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush, Weibin Li, Sam Genway, Igor Lesanovsky ja Andrew D. Armour. "Spin-korrelaatiot kvanttisynkronoinnin koettimena loukkuun jääneissä ioni-fononilasereissa". Phys. Rev. A 91, 061401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss, Andreas Kronwald ja Florian Marquardt. "Kohinan aiheuttamat siirtymät optomekaanisessa synkronoinnissa". New Journal of Physics 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM Radcliffe. "Joitakin koherenttien spin-tilojen ominaisuuksia". J. of Phys. A: General Physics 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca, Cameron Booker ja Dieter Jaksch. "Kvanttisynkronoinnin algebrallinen teoria ja hajoamisen alaiset rajasyklit". SciPost Physics 12, 097 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink ja GR Satchler. "Kulmamomentti". Clarendon Press. (1968).

[44] EP Wigner. "Ryhmäteoria: Ja sen soveltaminen atomispektrien kvanttimekaniikkaan". Akateeminen Lehdistö. (1959).

Viitattu

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

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2022-12-30 03:29:08). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2022-12-30 03:29:07).

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal