Efek setengah bilangan bulat vs. bilangan bulat dalam sinkronisasi kuantum sistem putaran

Efek setengah bilangan bulat vs. bilangan bulat dalam sinkronisasi kuantum sistem putaran

Stempel Waktu: 29 Desember 2022 10:11
Node Sumber: 1792124

Ryan Tan1, Christoph Bruder1, dan Martin Koppenhöfer2

1Departemen Fisika, Universitas Basel, Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Basel, Swiss
2Pritzker School of Molecular Engineering, Universitas Chicago, Chicago, Illinois 60637, AS

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Kami mempelajari sinkronisasi kuantum dari satu putaran yang digerakkan oleh sinyal semiklasik eksternal untuk nomor putaran yang lebih besar dari $S = 1$, sistem terkecil untuk menampung osilator mandiri kuantum. Terjadinya blokade sinkronisasi kuantum berbasis interferensi ternyata berbeda secara kualitatif untuk bilangan putaran bilangan bulat vs. setengah bilangan bulat $S$. Kami menjelaskan fenomena ini sebagai interaksi antara sinyal eksternal dan struktur siklus batas dalam pembangkitan koherensi dalam sistem. Selain itu, kami menunjukkan bahwa mekanisme stabilisasi siklus batas disipatif yang sama mengarah ke tingkat sinkronisasi kuantum yang sangat berbeda untuk bilangan bulat vs. setengah bilangan bulat $S$. Namun, dengan memilih siklus batas yang sesuai untuk setiap nomor putaran, tingkat sinkronisasi kuantum yang sebanding dapat dicapai untuk sistem putaran bilangan bulat dan setengah bilangan bulat.

Gambar unggulan: Tingkat sinkronisasi maksimum untuk nilai putaran $S$ yang berbeda dan siklus batas yang berbeda. Dengan memilih osilator batas-siklus yang berbeda tergantung pada ukuran sistem putaran, ditemukan pertumbuhan monoton dari tingkat maksimum sinkronisasi kuantum sebagai fungsi dari ukuran putaran sistem.

Ringkasan populer

Sinkronisasi klasik telah dipelajari sejak abad ke-17 dan memiliki aplikasi di banyak bidang kehidupan kita sehari-hari, seperti perangkat pengatur waktu dan jaringan listrik. Sistem kuantum juga dapat menyinkronkan, dan menampilkan sejumlah efek kuantum sejati dalam perilaku sinkronisasinya. Contohnya adalah blokade sinkronisasi kuantum berbasis interferensi dalam osilator siklus batas kuantum terdorong, di mana efek interferensi destruktif mencegah sinkronisasi meskipun sinyal eksternal diterapkan. Sistem spin adalah platform yang nyaman untuk mempelajari sinkronisasi kuantum karena ruang Hilbert yang terbatas (dan biasanya berdimensi rendah).

Di sini, kami menganalisis bagaimana sinkronisasi kuantum bergantung pada ukuran sistem putaran. Untuk kombinasi tertentu dari osilator siklus batas kuantum dan sinyal yang diterapkan, kami menemukan perbedaan kualitatif dalam jumlah blokade sinkronisasi dan osilasi kuat dalam jumlah maksimum sinkronisasi, tergantung apakah putaran bilangan bulat atau setengah bilangan bulat. Namun, jika seseorang memilih osilator siklus-batas yang berbeda tergantung pada ukuran sistem putaran, ditemukan pertumbuhan monoton dari tingkat maksimum sinkronisasi kuantum sebagai fungsi dari ukuran putaran sistem.

Hasil kami menjelaskan efek interferensi kompleks dalam sinkronisasi kuantum dan merupakan langkah pertama untuk mempelajari transisi kuantum ke klasik dalam sinkronisasi.

► data BibTeX

► Referensi

[1] Arkady Pikovsky, Michael Rosenblum, dan Jürgen Kurths. "Sinkronisasi: Konsep universal dalam ilmu nonlinier". Seri Sains Nonlinier Cambridge. Pers Universitas Cambridge. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511755743

[2] Steven H. Strogatz. “Sinkronisasi: Bagaimana keteraturan muncul dari kekacauan di alam semesta, alam, dan kehidupan sehari-hari”. Hachette Inggris. (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 dan DL Shepelyansky. "Sinkronisasi kuantum". eur. Fisika. J.D 38, 375 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2006-00011-9

[4] Max Ludwig dan Florian Marquardt. "Dinamika banyak-tubuh kuantum dalam susunan optomekanis". Fisika. Pendeta Lett. 111, 073603 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley dan Armor AD. "Sinkronisasi mikromaser". Fisika. Rev A 94, 063819 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee dan HR Sadeghpour. "Sinkronisasi kuantum osilator kuantum van der Pol dengan Ion yang terperangkap". Fisika. Pendeta Lett. 111, 234101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss, Stefan Walter, dan Florian Marquardt. "Osilasi fase koheren-kuantum dalam sinkronisasi". Fisika. Pdt. A 95, 041802 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.041802

[8] Niels Lörch, Simon E Nigg, Andreas Nunnenkamp, ​​Rakesh P Tiwari, and Christoph Bruder. "Blokade sinkronisasi kuantum: Kuantisasi energi menghalangi sinkronisasi osilator identik". Fisika. Pendeta Lett. 118, 243602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai, Niels Lörch, Andreas Nunnenkamp, ​​Stefan Walter, and Christoph Bruder. "Sinkronisasi sistem optomekanis ke drive eksternal". Fisika. Pdt. A 95, 053858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai, Martin Koppenhöfer, Niels Lörch, and Christoph Bruder. "Efek kuantum dalam kematian amplitudo dari osilator mandiri anharmonik berpasangan". Fisika. Rev.E 97, 052203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani, Gonzalo Manzano, Roberta Zambrini, and Rosario Fazio. "Sinkronisasi sepanjang lintasan kuantum". Fisika. Pdt. Penelitian 2, 023101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher Wächtler dan Gloria Platero. “Sinkronisasi topologi osilator kuantum van der pol” (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Steven H. Strogatz. "Dinamika dan kekacauan nonlinier: dengan aplikasi untuk fisika". CRC Tekan. (2015).

[14] Igor Goychuk, Jesús Casado-Pascual, Manuel Morillo, Jörg Lehmann, and Peter Hänggi. "Sinkronisasi stokastik kuantum". Fisika. Pendeta Lett. 97, 210601 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov dan DL Shepelyansky. "Sinkronisasi dan bistabilitas qubit digabungkan ke osilator disipatif yang digerakkan". Fisika. Pendeta Lett. 100, 014101 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi, F. Plastina, G. Francica, and R. Zambrini. "Sinkronisasi spontan dan dinamika korelasi kuantum dari sistem putaran terbuka". Fisika. Rev A 88, 042115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu, DA Tieri, EC Fine, James K. Thompson, dan MJ Holland. "Sinkronisasi dua ansambel atom". Fisika. Pendeta 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, and R. Fazio. "Informasi timbal balik sebagai parameter pesanan untuk sinkronisasi kuantum". Fisika. Rev A 91, 012301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre Roulet dan Christoph Bruder. "Sinkronisasi sistem sekecil mungkin". Fisika. Pendeta Lett. 121, 053601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre Roulet dan Christoph Bruder. "Sinkronisasi kuantum dan generasi keterikatan". Fisika. Pendeta Lett. 121, 063601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhofer dan Alexandre Roulet. "Sinkronisasi optimal jauh di dalam rezim kuantum: Batas sumber daya dan fundamental". Fisika. Pdt. 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, and C. Monroe. "Realisasi rantai bilangan bulat kuantum dengan interaksi yang dapat dikontrol". Fisika. Pdt.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, dkk. "Emulasi spin kuantum dengan qudit fase superkonduktor". Sains 325, 722–725 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1173440

[24] Martin Koppenhöfer, Christoph Bruder, and Alexandre Roulet. "Sinkronisasi kuantum pada sistem ibm q". Fisika. Pdt. Penelitian 2, 023026 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023026

[25] Arif Warsi Laskar, Pratik Adhikary, Suprodip Mondal, Parag Katiyar, Sai Vinjanampathy, and Saikat Ghosh. "Pengamatan sinkronisasi fase kuantum dalam atom spin-1". Fisika. Pendeta Lett. 125, 013601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanampathy, dan TS Mahesh. "Pengamatan sinkronisasi fase kuantum dalam sistem putaran nuklir". Fisika. Pdt. A 105, 062206 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] GS Agarwal dan RR Puri. "Transisi fase nonequilibrium dalam rongga terjepit dan generasi putaran memenuhi persamaan ketidakpastian". Komunikasi Optik 69, 267–270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS Agarwal dan RR Puri. "Perilaku kooperatif atom yang disinari oleh cahaya yang diperas broadband". Fisika. Pdt. A 41, 3782–3791 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan dan M. Fleischhauer. "Generasi bebas-dekoherensi dari keterikatan banyak partikel dengan transisi keadaan dasar adiabatik". Fisika. Pendeta Lett. 90, 133601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal, Rémy Mosseri, dan Jorge Dukelsky. "Keterikatan dalam transisi fase kuantum orde pertama". Fisika. Pdt. A 69, 054101 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] Klaus Mølmer dan Anders Sørensen. "Keterikatan multipartikel dari ion yang terperangkap panas". Fisika. Pendeta 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, dan DJ Wineland. "Menuju spektroskopi terbatas-heisenberg dengan keadaan terjerat multipartikel". Sains 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, dan DJ Wineland. "Penciptaan keadaan kucing schrödinger enam atom". Alam 438, 639–642 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature04251

[34] Peter Groszkowski, Martin Koppenhöfer, Hoi-Kwan Lau, dan AA Clerk. "Reservoir-engineered spin squeezing: Efek genap makroskopis dan implementasi sistem hibrid". Fisika. Pdt. X 12, 011015 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari, A. Farace, N. Didier, V. Giovannetti, dan R. Fazio. "Ukuran sinkronisasi kuantum dalam sistem variabel kontinu". Fisika. Pendeta Lett. 111, 103605 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee, Ching-Kit Chan, and Shenshen Wang. "Lidah keterikatan dan sinkronisasi kuantum dari osilator yang tidak teratur". Fisika. Rev.E 89, 022913 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve, Gian Luca Giorgi, and Roberta Zambrini. "Kuliah tentang korelasi kuantum umum dan aplikasinya". Bab Korelasi Kuantum dan Pengukuran Sinkronisasi, halaman 393–420. Penerbitan Internasional Springer. (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-53412-1_18

[38] Noufal Jaseem, Michal Hajdušek, Parvinder Solanki, Leong-Chuan Kwek, Rosario Fazio, and Sai Vinjanampathy. "Ukuran umum sinkronisasi kuantum". Fisika. Pdt. Penelitian 2, 043287 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush, Weibin Li, Sam Genway, Igor Lesanovsky, and Andrew D. Armor. "Putar korelasi sebagai penyelidikan sinkronisasi kuantum dalam laser fonon ion yang terperangkap". Fisika. Pdt. A 91, 061401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss, Andreas Kronwald, dan Florian Marquardt. "Transisi yang diinduksi kebisingan dalam sinkronisasi optomekanis". Jurnal Baru Fisika 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM Radcliffe. "Beberapa sifat dari keadaan putaran yang koheren". J. dari Phys. J: Fisika Umum 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca, Cameron Booker, dan Dieter Jaksch. "Teori aljabar sinkronisasi kuantum dan membatasi siklus di bawah disipasi". Fisika SciPost 12, 097 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink dan GR Satchler. "Momentum sudut". Clarendon Tekan. (1968).

[44] EP Wigner. "Teori grup: Dan penerapannya pada mekanika kuantum spektrum atom". Pers Akademik. (1959).

Dikutip oleh

[1] Parvinder Solanki, Faraz Mohd Mehdi, Michal Hajdušek, dan Sai Vinjanampathy, “Blokade Simetri dan Sinkronisasi”, arXiv: 2212.09388.

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2022-12-30 03:29:08). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2022-12-30 03:29:07).

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum