Efekty półcałkowite vs. całkowite w kwantowej synchronizacji systemów spinowych

Efekty półcałkowite vs. całkowite w kwantowej synchronizacji systemów spinowych

Znacznik czasu: 29 grudnia 2022 10:11
Węzeł źródłowy: 1792124

Ryana Tana1, Krzysztof Bruder1i Martina Koppenhöfera2

1Wydział Fizyki, Uniwersytet w Bazylei, Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Bazylea, Szwajcaria
2Szkoła Inżynierii Molekularnej Pritzkera, Uniwersytet w Chicago, Chicago, Illinois 60637, USA

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Badamy kwantową synchronizację pojedynczego spinu napędzanego zewnętrznym sygnałem półklasycznym dla liczb spinowych większych niż $ S = 1 $, najmniejszego systemu obsługującego samopodtrzymujący się oscylator kwantowy. Stwierdzono, że występowanie interferencyjnej blokady synchronizacji kwantowej jest jakościowo różne dla liczby całkowitej i półcałkowitej liczby spinowej $S$. Wyjaśniamy to zjawisko jako wzajemne oddziaływanie między sygnałem zewnętrznym a strukturą cyklu granicznego w generowaniu koherencji w systemie. Co więcej, pokazujemy, że ten sam dyssypatywny mechanizm stabilizacji cyklu granicznego prowadzi do bardzo różnych poziomów synchronizacji kwantowej dla liczb całkowitych i półliczb całkowitych $S$. Jednak wybierając odpowiedni cykl graniczny dla każdej liczby spinów, można osiągnąć porównywalne poziomy synchronizacji kwantowej zarówno dla systemów spinowych całkowitych, jak i półcałkowitych.

Wyróżniony obraz: Maksymalny poziom synchronizacji dla różnych wartości spinu $S$ i różnych cykli granicznych. Wybierając różne oscylatory o cyklach granicznych w zależności od wielkości układu spinowego, uzyskuje się monotoniczny wzrost maksymalnego poziomu synchronizacji kwantowej w funkcji wielkości spinu układu.

Popularne podsumowanie

Synchronizacja klasyczna była badana od XVII wieku i ma zastosowanie w wielu dziedzinach naszego codziennego życia, na przykład w urządzeniach do pomiaru czasu i sieciach energetycznych. Systemy kwantowe również mogą się synchronizować i charakteryzują się szeregiem prawdziwie kwantowych efektów w swoim zachowaniu synchronizacyjnym. Przykładem jest blokada synchronizacji kwantowej oparta na interferencji w napędzanych oscylatorach kwantowego cyklu granicznego, w których destrukcyjny efekt interferencji uniemożliwia synchronizację, nawet jeśli zastosowany jest sygnał zewnętrzny. Systemy spinowe są wygodną platformą do badania synchronizacji kwantowej ze względu na ich skończoną (i zazwyczaj niskowymiarową) przestrzeń Hilberta.

Tutaj analizujemy, jak synchronizacja kwantowa zależy od rozmiaru układu spinowego. Dla określonych kombinacji oscylatora kwantowego cyklu granicznego i zastosowanego sygnału stwierdzamy jakościowe różnice w liczbie blokad synchronizacji i silne oscylacje w maksymalnej wielkości synchronizacji, w zależności od tego, czy spin jest całkowity czy półcałkowity. Jeśli jednak wybierze się różne oscylatory o cyklach granicznych w zależności od wielkości układu spinowego, to stwierdza się monotoniczny wzrost maksymalnego poziomu synchronizacji kwantowej w funkcji wielkości spinu układu.

Nasze wyniki rzucają światło na złożone efekty interferencji w synchronizacji kwantowej i są pierwszym krokiem w kierunku zbadania przejścia kwantowego do klasycznego w synchronizacji.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] Arkadij Pikowski, Michael Rosenblum i Jürgen Kurths. „Synchronizacja: uniwersalna koncepcja w naukach nieliniowych”. Cambridge Nonlinear Science Series. Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511755743

[2] Stevena H. Strogatza. „Synchronizacja: Jak porządek wyłania się z chaosu we wszechświecie, naturze i życiu codziennym”. Hachette Wielka Brytania. (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 i DL Shepelyansky. „Synchronizacja kwantowa”. Eur. fizyka J. D 38, 375 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2006-00011-9

[4] Maxa Ludwiga i Floriana Marquardta. „Kwantowa dynamika wielu ciał w macierzach optomechanicznych”. fizyka Wielebny Lett. 111, 073603 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley i AD Armour. „Synchronizacja mikromaserów”. fizyka Rev. A 94, 063819 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee i HR Sadeghpour. „Kwantowa synchronizacja kwantowych oscylatorów van der Pol z uwięzionymi jonami”. fizyka Wielebny Lett. 111, 234101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss, Stefan Walter i Florian Marquardt. „Kwantowo-spójne oscylacje fazowe w synchronizacji”. fizyka Wersja A 95, 041802 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.041802

[8] Niels Lörch, Simon E Nigg, Andreas Nunnenkamp, ​​Rakesh P Tiwari i Christoph Bruder. „Blokada synchronizacji kwantowej: kwantyzacja energii utrudnia synchronizację identycznych oscylatorów”. fizyka Wielebny Lett. 118, 243602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai, Niels Lörch, Andreas Nunnenkamp, ​​Stefan Walter i Christoph Bruder. „Synchronizacja układu optomechanicznego z napędem zewnętrznym”. fizyka Wersja A 95, 053858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai, Martin Koppenhöfer, Niels Lörch i Christoph Bruder. „Efekty kwantowe w śmierci amplitudowej sprzężonych samooscylatorów anharmonicznych”. fizyka Wersja E 97, 052203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani, Gonzalo Manzano, Roberta Zambrini i Rosario Fazio. „Synchronizacja wzdłuż trajektorii kwantowych”. fizyka Rev. Research 2, 023101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher Wächtler i Gloria Platero. „Topologiczna synchronizacja oscylatorów kwantowych van der pol” (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Stevena H. Strogatza. „Nieliniowa dynamika i chaos: z zastosowaniami w fizyce”. Prasa CRC. (2015).

[14] Igor Goychuk, Jesús Casado-Pascual, Manuel Morillo, Jörg Lehmann i Peter Hänggi. „Kwantowa synchronizacja stochastyczna”. fizyka Wielebny Lett. 97, 210601 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov i DL Shepelyansky. „Synchronizacja i bistabilność kubitu sprzężonego z napędzanym oscylatorem rozpraszającym”. fizyka Wielebny Lett. 100, 014101 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi, F. Plastina, G. Francica i R. Zambrini. „Spontaniczna synchronizacja i kwantowa dynamika korelacji otwartych układów spinowych”. fizyka Wersja A 88, 042115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu, DA Tieri, EC Fine, James K. Thompson i MJ Holland. „Synchronizacja dwóch zespołów atomów”. fizyka Wielebny 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 i R. Fazio. „Wzajemne informacje jako parametr porządkujący synchronizację kwantową”. fizyka Wersja A 91, 012301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre'a Rouleta i Christopha Brudera. „Synchronizowanie najmniejszego możliwego systemu”. fizyka Wielebny Lett. 121, 053601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre'a Rouleta i Christopha Brudera. „Synchronizacja kwantowa i generacja splątania”. fizyka Wielebny Lett. 121, 063601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhöfer i Alexandre Roulet. „Optymalna synchronizacja głęboko w reżimie kwantowym: zasoby i granica podstawowa”. fizyka Wersja 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 i C. Monroe. „Realizacja kwantowego łańcucha liczb całkowitych o spinie z kontrolowanymi interakcjami”. fizyka Wersja X 5, 021026 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.021026

[23] Matthew Neeley, Markus Ansmann, Radosław C Białczak, Max Hofheinz, Erik Lucero, Aaron D O'Connell, Daniel Sank, Haohua Wang, James Wenner, Andrew N Cleland i in. „Emulacja spinu kwantowego z fazą nadprzewodzącą qudit”. Nauka 325, 722–725 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1173440

[24] Martin Koppenhöfer, Christoph Bruder i Alexandre Roulet. „Synchronizacja kwantowa w systemie ibm q”. fizyka 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 i Saikat Ghosh. „Obserwacja kwantowej synchronizacji faz w atomach o spinie 1”. fizyka Wielebny Lett. 125, 013601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanampathy i TS Mahesh. „Obserwacja kwantowej synchronizacji faz w układzie jądrowo-spinowym”. fizyka Rev. A 105, 062206 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] GS Agarwal i RR Puri. „Nierównowagowe przemiany fazowe we wnęce ściśniętej i generowanie stanów spinowych spełniających równość niepewności”. Komunikacja optyczna 69, 267–270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS Agarwal i RR Puri. „Zachowanie kooperatywne atomów napromieniowanych szerokopasmowym ściśniętym światłem”. fizyka Obj. A 41, 3782–3791 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan i M. Fleischhauer. „Bezdekoherencyjne generowanie splątania wielu cząstek przez adiabatyczne przejścia stanu podstawowego”. fizyka Wielebny Lett. 90, 133601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal, Rémy Mosseri i Jorge Dukelsky. „Uwikłanie w kwantowe przejście fazowe pierwszego rzędu”. fizyka Wersja A 69, 054101 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] Klausa Mølmera i Andersa Sørensena. „Wielocząstkowe splątanie gorących uwięzionych jonów”. fizyka Wielebny 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 i DJ Wineland. „W kierunku spektroskopii ograniczonej Heisenberga z wielocząsteczkowymi stanami splątanymi”. Nauka 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 i DJ Wineland. „Stworzenie sześcioatomowego stanu kota Schrödingera”. Przyroda 438, 639–642 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature04251

[34] Peter Groszkowski, Martin Koppenhöfer, Hoi-Kwan Lau i urzędnik AA. „Wyciskanie spinowe zaprojektowane przez zbiornik: makroskopowe efekty parzyste i nieparzyste oraz implementacje systemów hybrydowych”. fizyka Wersja X 12, 011015 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari, A. Farace, N. Didier, V. Giovannetti i R. Fazio. „Miary synchronizacji kwantowej w układach zmiennych ciągłych”. fizyka Wielebny Lett. 111, 103605 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee, Ching-Kit Chan i Shenshen Wang. „Język splątania i kwantowa synchronizacja nieuporządkowanych oscylatorów”. fizyka Wersja E 89, 022913 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve, Gian Luca Giorgi i Roberta Zambrini. „Wykłady z ogólnych korelacji kwantowych i ich zastosowań”. Rozdział Korelacje kwantowe i miary synchronizacji, strony 393–420. Międzynarodowe wydawnictwo Springera. (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-53412-1_18

[38] Noufal Jaseem, Michal Hajdušek, Parvinder Solanki, Leong-Chuan Kwek, Rosario Fazio i Sai Vinjanampathy. „Uogólniona miara synchronizacji kwantowej”. fizyka Rev. Research 2, 043287 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush, Weibin Li, Sam Genway, Igor Lesanovsky i Andrew D. Armour. „Korelacje spinowe jako sonda synchronizacji kwantowej w laserach fononowych uwięzionych jonów”. fizyka Wersja A 91, 061401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss, Andreas Kronwald i Florian Marquardt. „Przejścia wywołane hałasem w synchronizacji optomechanicznej”. New Journal of Physics 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM Radcliffe'a. „Niektóre właściwości spójnych stanów spinowych”. J. z fizyki. O: Fizyka ogólna 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca, Cameron Booker i Dieter Jaksch. „Algebraiczna teoria synchronizacji kwantowej i cykli granicznych w przypadku rozpraszania”. SciPost Fizyka 12, 097 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink i GR Satchler. "Moment pędu". Prasa Clarendona. (1968).

[44] PE Wigner. „Teoria grup: i jej zastosowanie do mechaniki kwantowej widm atomowych”. Prasa akademicka. (1959).

Cytowany przez

[1] Parvinder Solanki, Faraz Mohd Mehdi, Michal Hajdušek i Sai Vinjanampathy, „Symetrie i blokada synchronizacji”, arXiv: 2212.09388.

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2022-12-30 03:29:08). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2022-12-30 03:29:07).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy