A transzkoherens állapotokon túl: mezőállapotok az optimális koherens forgatás megvalósításához egyetlen vagy több qubiten

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Aaron Z. Goldberg^1,2, Aephraim M. Steinberg^3,4, és Khabat Heshami^1,2,5

¹Kanadai Nemzeti Kutatási Tanács, 100 Sussex Drive, Ottawa, Ontario K1N 5A2, Kanada
²Fizikai Tanszék, Ottawai Egyetem, 25 Templeton Street, Ottawa, Ontario, K1N 6N5 Kanada
³Fizikai Tanszék és Kvantuminformációs és Kvantumvezérlési Központ, Torontói Egyetem, Toronto, Ontario, Kanada M5S 1A7
⁴CIFAR, 661 University Ave., Toronto, Ontario M5G 1M1, Kanada
⁵Kvantumtudományi és Technológiai Intézet, Fizikai és Csillagászati Tanszék, Calgary Egyetem, Alberta T2N 1N4, Kanada

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

Félklasszikusan a lézerimpulzusok segítségével tetszőleges transzformációkat lehet végrehajtani atomi rendszereken; kvantummechanikailag a maradék atom-mező összefonódás elrontja ezt az ígéretet. A transzkoherens állapotok olyan térállapotok, amelyek ezt a problémát megoldják a teljesen kvantált rendszerben azáltal, hogy tökéletes koherenciát generálnak egy atomban, amely kezdetben az alap vagy gerjesztett állapotában van. Ezt a teljesen kvantált paradigmát négy irányba terjesztjük ki: Először is bevezetünk olyan mezőállapotokat, amelyek az atomot alap- vagy gerjesztett állapotából a Bloch-gömb bármely pontjára transzformálják anélkül, hogy maradék atom-mező összefonódás lenne. A legjobb erős impulzusok $theta$ szöggel történő elforgatáshoz a fotonszám varianciájában $rm{sinc}theta$ faktorral összenyomódnak. Ezután megvizsgáljuk a forgókapuk megvalósítását, megmutatva, hogy egy tetszőleges, ismeretlen kezdeti állapotban lévő atomon $theta$ impulzus kiváltásának optimális Gauss-mezőállapota a kisebb számmal összepréselve: $rm{sinc}tfrac{theta}{2} $. Harmadszor kiterjesztjük ezeket a vizsgálatokat olyan mezőkre, amelyek egyidejűleg több atommal kölcsönhatásba lépnek, és ismét felfedezzük, hogy a $tfrac{pi}{2}$-os számösszeszorítás optimális $tfrac{pi}{2}$ impulzusok végrehajtásához az összes atomon egyidejűleg. , kis korrekciókkal az atomok számának az átlagos fotonszámhoz viszonyított arányában. Végül megtaláljuk azokat a mezőállapotokat, amelyek a legjobban teljesítenek $theta$ tetszőleges forgatást $m$-foton abszorpcióval járó nemlineáris kölcsönhatások révén, ahol ugyanaz az optimális összenyomási tényező $rm{sinc}theta$. Az atom-mező kölcsönhatások legkülönbözőbb változataiban fellépő visszahatás így csökkenthető a vezérlőmezők optimális mértékű összenyomásával.

► BibTeX adatok

@cikkek állapotok: {F}térállapotok az optimális koherens forgatáshoz egyetlen vagy több qubiten}, szerző = {Goldberg, Aaron Z. és Steinberg, Aephraim M. és Heshami, Khabat}, napló = {{Kvantum}}, issn = { 2023-10.22331X}, kiadó = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, kötet = {2023}, oldal = {03}, hónap = március, év = {28} }

► Referenciák

[1] Peter W. Shor. „Polinomiális idejű algoritmusok prímfaktorizáláshoz és diszkrét logaritmusokhoz kvantumszámítógépen”. SIAM Review 41, 303–332 (1999).
https:///doi.org/10.1137/S0036144598347011

[2] Jonathan P. Dowling. „Korrelált bemeneti port, anyag-hullám interferométer: A kvantum-zaj határai az atom-lézer giroszkóphoz”. Physical Review A 57, 4736–4746 (1998).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.57.4736

[3] Dik Bouwmeester, Jian-Wei Pan, Klaus Mattle, Manfred Eibl, Harald Weinfurter és Anton Zeilinger. „Kísérleti kvantumteleportáció”. Nature 390, 575 (1997).
https:///doi.org/10.1038/37539

[4] Johan Aberg. „Quantifying Superposition” (2006). arXiv:quant-ph/0612146.
arXiv:quant-ph/0612146

[5] T. Baumgratz, M. Cramer és MB Plenio. „A koherencia számszerűsítése”. Physical Review Letters 113, 140401 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.140401

[6] Federico Levi és Florian Mintert. „A koherens delokalizáció kvantitatív elmélete”. New Journal of Physics 16, 033007 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/3/033007

[7] Andreas Winter és Dong Yang. „A koherencia működési erőforrás-elmélete”. Physical Review Letters 116, 120404 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.120404

[8] Aaron Z. Goldberg és Aephraim M. Steinberg. „Transzkoherens állapotok: Optikai állapotok az atomi koherencia maximális létrehozásához”. Physical Review X Quantum 1, 020306 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.1.020306

[9] Kamil Korzekwa, Matteo Lostaglio, Jonathan Oppenheim és David Jennings. „A munka kinyerése a kvantumkoherenciából”. New Journal of Physics 18, 023045 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023045

[10] M. Müller, I. Lesanovsky, H. Weimer, HP Büchler és P. Zoller. „Mezoszkópikus Rydberg-kapu, amely elektromágnesesen indukált átlátszóságon alapul”. Physical Review Letters 102, 170502 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.170502

[11] Leslie Allen és Joseph H Eberly. „Optikai rezonancia és kétszintű atomok”. 28. évfolyam. Courier Corporation. (1987).

[12] EKG Sudarshan. „A statisztikai fénynyalábok félklasszikus és kvantummechanikai leírásainak egyenértékűsége”. Physical Review Letters 10, 277–279 (1963).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.10.277

[13] Roy J. Glauber. „A sugárzási mező koherens és inkoherens állapotai”. Physical Review 131, 2766–2788 (1963).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.131.2766

[14] JH Eberly, NB Narozhny és JJ Sanchez-Mondragon. „Időszakos spontán összeomlás és újjáéledés egy egyszerű kvantummodellben”. Physical Review Letters 44, 1323–1326 (1980).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.44.1323

[15] Gerhard Rempe, Herbert Walther és Norbert Klein. „A kvantumösszeomlás és az újjáéledés megfigyelése egyatomos maserben”. Physical Review Letters 58, 353–356 (1987).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.353

[16] Julio Gea-Banacloche. „Az állapotvektor összeomlása és újjáélesztése a Jaynes-Cummings-modellben: Példa az állapot-előkészítésre kvantumkészülékkel”. Physical Review Letters 65, 3385–3388 (1990).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.65.3385

[17] Julio Gea-Banacloche. „Atom- és mezőállapot-evolúció a Jaynes-Cummings-modellben nagy kezdeti mezőkre”. Physical Review A 44, 5913–5931 (1991).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.44.5913

[18] Simon JD Phoenix és PL Knight. „Egy összefonódott atomtér állapot létrehozása a Jaynes-Cummings modellben”. Physical Review A 44, 6023–6029 (1991).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.44.6023

[19] Julio Gea-Banacloche. „A lézermezők kvantumtermészetének néhány következménye a kvantumszámításokhoz”. Physical Review A 65, 022308 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.022308

[20] SJ van Enk és HJ Kimble. „A vezérlőmezők klasszikus jellegéről a kvantuminformáció-feldolgozásban”. Quantum Information & Computation 2, 1–13 (2002).
https:///doi.org/10.26421/QIC2.1

[21] Andrew Silberfarb és Ivan H. Deutsch. „Egyetlen atom és egy lézerimpulzus között keletkezett összefonódás”. Physical Review A 69, 042308 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.69.042308

[22] JM Raimond, M. Brune és S. Haroche. „A kvantumösszefonódás manipulálása atomokkal és fotonokkal egy üregben”. Rev. Mod. Phys. 73, 565–582 (2001).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.73.565

[23] JM Fink, M. Göppl, M. Baur, R. Bianchetti, PJ Leek, A. Blais és A. Wallraff. „Másás a Jaynes-Cummings létrán és nemlinearitás megfigyelése üreges QED rendszerben”. Nature 454, 315–318 (2008).
https:///doi.org/10.1038/nature07112

[24] R. Gutiérrez-Jáuregui és GS Agarwal. „A Jaynes-Cummings-Rabi modell spektrumának vizsgálata egy parametrikus erősítő üregében lévő atom izomorfizmusával”. Physical Review A 103, 023714 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.023714

[25] Yuan Liu, Jasmine Sinanan-Singh, Matthew T. Kearney, Gabriel Mintzer és Isaac L. Chuang. „Kvaditok létrehozása végtelen dimenziós oszcillátorokból qubitekhez való kapcsolással”. Physical Review A 104, 032605 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.104.032605

[26] Anette Messinger, Atirach Ritboon, Frances Crimin, Sarah Croke és Stephen M Barnett. „Koherencia és katalízis a Jaynes–Cummings modellben”. New Journal of Physics 22, 043008 (2020).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ab7607

[27] Anatole Kenfack és Karol Życzkowski. „A wigner-függvény negativitása a nem-klasszikus jelzőjeként”. Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics 6, 396 (2004).
https://doi.org/10.1088/1464-4266/6/10/003

[28] Ling-An Wu, HJ Kimble, JL Hall és Huifa Wu. „Kiszorított állapotok generálása parametrikus lefelé konverzióval”. Physical Review Letters 57, 2520–2523 (1986).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.57.2520

[29] R. Loudon és PL Knight. „Kiszorított fény”. Journal of Modern Optics 34, 709–759 (1987).
https:///doi.org/10.1080/09500348714550721

[30] Henning Vahlbruch, Moritz Mehmet, Karsten Danzmann és Roman Schnabel. „15 dB-es nyomott fényállapotok észlelése és alkalmazása a fotoelektromos kvantumhatékonyság abszolút kalibrálására”. Physical Review Letters 117, 110801 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.110801

[31] Marlan O. Scully és MS Zubairy. „Zajmentes erősítés a kétfoton korrelált spontán emissziós lézerrel”. Optics Communications 66, 303–306 (1988).
https://doi.org/10.1016/0030-4018(88)90419-1

[32] Michael Tavis és Frederick W. Cummings. „Pontos megoldás egy $n$-molekulára – sugárzási tér Hamilton-féle”. Physical Review 170, 379–384 (1968).
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.170.379

[33] JR Johansson, PD Nation és Franco Nori. „QuTiP: Nyílt forráskódú Python keretrendszer a nyílt kvantumrendszerek dinamikájához”. Computer Physics Communications 183, 1760–1772 (2012).
https:///doi.org/10.1016/j.cpc.2012.02.021

[34] JR Johansson, PD Nation és Franco Nori. „QuTiP 2: Python keretrendszer a nyílt kvantumrendszerek dinamikájához”. Computer Physics Communications 184, 1234–1240 (2013).
https:///doi.org/10.1016/j.cpc.2012.11.019

[35] Gabriel Drobný és Igor Jex. „N darab kétszintű atom rendszere, amelyek kölcsönhatásba lépnek egy térmóddal: összefonódás és parametrikus közelítés”. Optics Communications 102, 141–154 (1993).
https://doi.org/10.1016/0030-4018(93)90485-N

[36] SM Chumakov, AB Klimov és JJ Sanchez-Mondragon. „A kvantumoptikai rendszerek általános tulajdonságai erős térhatárban”. Physical Review A 49, 4972–4978 (1994).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.49.4972

[37] AB Klimov és SM Chumakov. „Az evolúciós operátor félklasszikus kvantálása optikai modellek osztályához”. Physics Letters A 202, 145–154 (1995).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(95)00342-Z

[38] JC Retamal, C. Saavedra, AB Klimov és SM Chumakov. „A fény összeszorítása atomok halmaza által”. Physical Review A 55, 2413–2425 (1997).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.55.2413

[39] Simon JD Phoenix és PL Knight. „Egy összefonódott atomtér állapot létrehozása a Jaynes-Cummings modellben”. Physical Review A 44, 6023–6029 (1991).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.44.6023

[40] J. Gea-Banacloche. „Új pillantás a Jaynes-Cummings modellre nagy mezőkre: Bloch gömbfejlődés és detuning hatások”. Optics Communications 88, 531–550 (1992).
https://doi.org/10.1016/0030-4018(92)90082-3

[41] Stephen M Barnett és John A Vaccaro. „A kvantumfázis operátora: áttekintés”. Taylor és Francis. (2007).
https:///doi.org/10.1201/b16006

[42] G. Scharf. „Kvantummechanikus maser modellen”. Helvetica Physica Acta 43, 806 (1970).
https:///doi.org/10.5169/seals-114194

[43] Klaus Hepp és Elliott H Lieb. „A kvantált sugárzási térben lévő molekulák szupersugárzási fázisátalakulásáról: a Dicke maser modell”. Annals of Physics 76, 360–404 (1973).
https://doi.org/10.1016/0003-4916(73)90039-0

[44] NM Bogoliubov, RK Bullough és J Timonen. „Általánosított Tavis – Cummings modellek pontos megoldása a kvantumoptikában”. Journal of Physics A: Mathematical and General 29, 6305–6312 (1996).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/29/19/015

[45] Wangjun Lu, Jie Chen, Le-Man Kuang és Xiaoguang Wang. "Optimális állapot egy tavis-cummings kvantum akkumulátorhoz a bethe ansatz módszerrel". Physical Review A 104, 043706 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.104.043706

[46] A LIGO Tudományos Együttműködés. „Egy gravitációs hullám-obszervatórium, amely a kvantumlövés-zaj határán túl működik”. Nature Physics 7, 962 (2011).
https:///doi.org/10.1038/nphys2083

[47] Lars S. Madsen, Fabian Laudenbach, Mohsen Falamarzi. Askarani, Fabien Rortais, Trevor Vincent, Jacob FF Bulmer, Filippo M. Miatto, Leonhard Neuhaus, Lukas G. Helt, Matthew J. Collins, Adriana E. Lita, Thomas Gerrits, Sae Woo Nam, Varun D. Vaidya, Matteo Menotti, Ish Dhand, Zachary Vernon, Nicolás Quesada és Jonathan Lavoie. „Kvantumszámítási előny programozható fotonikus processzorral”. Nature 606, 75–81 (2022).
https:///doi.org/10.1038/s41586-022-04725-x

[48] Alexander Holm Kiilerich és Klaus Mølmer. „Input-output elmélet kvantumimpulzusokkal”. Physical Review Letters 123, 123604 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.123604

[49] Alexander Holm Kiilerich és Klaus Mølmer. „Kvantumkölcsönhatások sugárzásimpulzusokkal”. Physical Review A 102, 023717 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.023717

Idézi

[1] Alexander S. Dellios, Margaret D. Reid, Bogdan Opanchuk és Peter D. Drummond, „Validation tests for GBS quantum computers using grouped count probabilities”, arXiv: 2211.03480, (2022).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-03-29 03:01:32). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2023-03-29 03:01:30).

Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.

SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
Forrás: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-03-28-963/

Időbélyeg: Március 28, 2023

Időbélyeg: 11. július 2023.

A transzkoherens állapotokon túl: Mezőállapotok az optimális koherens forgatás eléréséhez egyetlen vagy több qubiten

Újra kiadta Platón

Absztrakt

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

Klasszikusan cserélhető műveletek

A hibacsökkentés mennyiségi összehasonlítása a Qermit segítségével

Kvantumkorrelációk a minimális forgatókönyvben

Skálázható és rugalmas klasszikus árnyéktomográfia Tensor hálózatokkal

Döntött Hardy-paradoxonok az eszközfüggetlen véletlenszerűség-kinyeréshez

Hibrid oszd meg és uralkodj megközelítés fakereső algoritmusokhoz

Ezredmásodperces élettartamú, nagymértékben visszakereshető atom-foton-összefonódás létrehozása egy térben multiplexált üregen keresztül

LIMDD: Döntési diagram a kvantumszámítás szimulációjához, beleértve a stabilizáló állapotokat

Félig készülékfüggő vak kvantumtomográfia

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók