Напівцілі проти цілих ефектів у квантовій синхронізації спінових систем

Напівцілі проти цілих ефектів у квантовій синхронізації спінових систем

Мітка часу: 29 грудня 2022 р., 10:11
Вихідний вузол: 1792124

Райан Тан1, Крістоф Брудер1і Мартін Коппенхофер2

1Факультет фізики Базельського університету, Клінгельбергштрассе 82, CH-4056 Базель, Швейцарія
2Прітцкерівська школа молекулярної інженерії, Чиказький університет, Чикаго, Іллінойс 60637, США

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Ми вивчаємо квантову синхронізацію одного спіна, керованого зовнішнім напівкласичним сигналом для чисел спіну, більших за $S = 1$, найменшої системи, яка містить квантовий самопідтримуваний осцилятор. Встановлено, що блокада квантової синхронізації на основі інтерференції якісно відрізняється для цілого та напівцілого спінового числа $S$. Ми пояснюємо це явище як взаємодію між зовнішнім сигналом і структурою граничного циклу в генерації когерентності в системі. Крім того, ми показуємо, що той самий механізм стабілізації дисипативного граничного циклу призводить до дуже різних рівнів квантової синхронізації для цілого чи напівцілого $S$. Однак, вибравши відповідний граничний цикл для кожного числа спіну, можна досягти порівнянних рівнів квантової синхронізації як для систем цілого, так і для напівцілого спіну.

Рекомендоване зображення: максимальний рівень синхронізації для різних значень обертання $S$ і різних граничних циклів. Вибираючи різні осцилятори граничного циклу в залежності від розміру спінової системи, виявляється монотонне зростання максимального рівня квантової синхронізації як функції розміру спіну системи.

Популярне резюме

Класичну синхронізацію вивчають з 17 століття, і вона має застосування в багатьох сферах нашого повсякденного життя, наприклад, у пристроях відліку часу та електромережах. Квантові системи також можуть синхронізуватися, і вони мають низку справді квантових ефектів у своїй поведінці синхронізації. Прикладом є блокування квантової синхронізації на основі інтерференції в керованих осциляторах квантового граничного циклу, де руйнівний ефект інтерференції перешкоджає синхронізації, навіть якщо застосовується зовнішній сигнал. Спінові системи є зручною платформою для вивчення квантової синхронізації через їх кінцевий (і зазвичай низьковимірний) гільбертовий простір.

Тут ми аналізуємо, як квантова синхронізація залежить від розміру спінової системи. Для конкретних комбінацій осцилятора квантового граничного циклу та прикладеного сигналу ми знаходимо якісні відмінності в кількості блокувань синхронізації та сильних коливань у максимальній величині синхронізації, залежно від того, чи є спін цілим чи напівцілим. Однак, якщо вибрати різні осцилятори граничного циклу в залежності від розміру спінової системи, буде виявлено монотонне зростання максимального рівня квантової синхронізації як функції розміру спіну системи.

Наші результати проливають світло на складні ефекти інтерференції в квантовій синхронізації та є першим кроком до вивчення квантового переходу до класичного в синхронізації.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Аркадій Піковський, Майкл Розенблюм і Юрген Куртс. “Синхронізація: універсальна концепція в нелінійних науках”. Серія Cambridge Nonlinear Science. Cambridge University Press. (2001).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511755743

[2] Стівен Х Строгатц. «Синхронізація: як із хаосу у всесвіті, природі та повсякденному житті виникає порядок». 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] О. В. Жирова та Д. Л. Шепелянського. «Квантова синхронізація». Євро. фіз. J. D 38, 375 (2006).
https://​/​doi.org/​10.1140/​epjd/​e2006-00011-9

[4] Макс Людвіг і Флоріан Марквардт. «Квантова динаміка багатьох тіл в оптико-механічних масивах». фіз. Преподобний Летт. 111, 073603 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Клер Девіс-Тіллі та AD Armour. “Синхронізація мікромазерів”. фіз. Rev. A 94, 063819 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Тоні Е. Лі та Х. Р. Садегпур. “Квантова синхронізація квантових осциляторів Ван-дер-Поля з захопленими іонами”. фіз. Преподобний Летт. 111, 234101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Таліта Вайс, Стефан Вальтер і Флоріан Марквардт. “Квантово-когерентні фазові коливання в синхронізації”. фіз. Rev. A 95, 041802 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.041802

[8] Нільс Лерх, Саймон Е. Нігг, Андреас Нунненкамп, Ракеш П. Тіварі та Крістоф Брудер. «Квантова блокада синхронізації: квантування енергії перешкоджає синхронізації ідентичних осциляторів». фіз. Преподобний Летт. 118, 243602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ехуд Амітай, Нільс Лерх, Андреас Нунненкамп, Стефан Вальтер і Крістоф Брудер. «Синхронізація оптико-механічної системи із зовнішнім накопичувачем». фіз. Rev. A 95, 053858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ехуд Амітай, Мартін Коппенхофер, Нільс Лерх і Крістоф Брудер. “Квантові ефекти в амплітудній смерті пов’язаних ангармонічних автоколивань”. фіз. Rev. E 97, 052203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Наджме Есхакі-Сані, Гонсало Манзано, Роберта Замбріні та Росаріо Фаціо. “Синхронізація по квантових траєкторіях”. фіз. Дослідження 2, 023101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Крістофер В. Вехтлер і Глорія Платеро. «Топологічна синхронізація квантових ван-дер-польових осциляторів» (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Стівен Х Строгатц. “Нелінійна динаміка і хаос: із застосуваннями до фізики”. CRC Press. (2015).

[14] Ігор Гойчук, Хесус Касадо-Паскуаль, Мануель Морільйо, Йорг Леманн та Петер Ханггі. “Квантова стохастична синхронізація”. фіз. Преподобний Летт. 97, 210601 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] О. В. Жирова та Д. Л. Шепелянського. «Синхронізація та бістабільність кубіта, з’єднаного з керованим дисипативним осцилятором». фіз. Преподобний Летт. 100, 014101 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] Г. Л. Джорджі, Ф. Пластіна, Г. Франціка та Р. Замбріні. “Спонтанна синхронізація та квантова кореляційна динаміка відкритих спінових систем”. фіз. Rev. A 88, 042115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Мінхуй Сюй, Д. А. Тієрі, Е. К. Файн, Джеймс К. Томпсон і М. Дж. Холланд. «Синхронізація двох ансамблів атомів». фіз. Преподобний Летт. 113, 154101 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.154101

[18] В. Амері, М. Егбалі-Арані, А. Марі, А. Фараче, Ф. Хейрандіш, В. Джованетті та Р. Фаціо. «Взаємна інформація як параметр порядку для квантової синхронізації». фіз. Rev. A 91, 012301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Олександр Руле і Крістоф Брудер. «Синхронізація найменшої можливої ​​системи». фіз. Преподобний Летт. 121, 053601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Олександр Руле і Крістоф Брудер. «Квантова синхронізація та генерація заплутаності». фіз. Преподобний Летт. 121, 063601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Мартін Коппенхофер і Александр Руле. «Оптимальна синхронізація в глибині квантового режиму: ресурс і фундаментальна межа». фіз. Rev. A 99, 043804 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.043804

[22] Ч. Сенко, П. Річерме, Дж. Сміт, А. Лі, І. Коен, А. Рецкер, Ч. Монро. “Реалізація квантового цілочисельного спінового ланцюга з керованими взаємодіями”. фіз. X 5, 021026 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.021026

[23] Меттью Нілі, Маркус Ансманн, Радослав Більчак, Макс Гофхайнц, Ерік Лусеро, Аарон Д О'Коннелл, Деніел Санк, Хаохуа Ван, Джеймс Веннер, Ендрю Н. Клеланд та ін. “Емуляція квантового спіну з надпровідною фазою qudit”. Наука 325, 722–725 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1173440

[24] Мартін Коппенхофер, Крістоф Брудер і Александр Руле. «Квантова синхронізація в системі ibm q». фіз. Дослідження 2, 023026 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023026

[25] Аріф Варсі Ласкар, Пратік Адхікарі, Супродіп Мондал, Параг Катіяр, Сай Вінджанампаті та Саікат Гош. «Спостереження квантової фазової синхронізації в атомах зі спіном 1». фіз. Преподобний Летт. 125, 013601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanampathy та TS Mahesh. “Спостереження квантової фазової синхронізації в ядерно-спіновій системі”. фіз. Rev. A 105, 062206 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] Г. С. Агарвал і Р. Р. Пурі. “Нерівноважні фазові переходи в стиснутій порожнині та генерація спінових станів, що задовольняють рівність невизначеностей”. Optics Communications 69, 267–270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] Г. С. Агарвал і Р. Р. Пурі. «Кооперативна поведінка атомів, опромінених широкосмуговим стиснутим світлом». фіз. Rev. A 41, 3782–3791 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] Р. Г. Унаняна та М. Флейшхауера. «Генерація багаточастинкової заплутаності без декогерентності адіабатичними переходами в основний стан». фіз. Преподобний Летт. 90, 133601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Жульєн Відаль, Ремі Моссері та Хорхе Дукельскі. «Заплутаність у квантовому фазовому переході першого роду». фіз. Rev. A 69, 054101 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] Клаус Мьолмер та Андерс Соренсен. «Багаточастинкове заплутування гарячих захоплених іонів». фіз. Преподобний Летт. 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 і DJ Wineland. «До спектроскопії, обмеженої Гейзенбергом, із багаточастинковими заплутаними станами». Наука 304, 1476–1478 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1097576

[33] Д. Лейбфрід, Е. Кнілл, С. Сейделін, Дж. Бріттон, Р. Б. Блейкстад, Дж. К’яверіні, Д. Б. Х’юм, В. М. Ітано, Дж. Д. Йост, К. Лангер, Р. Озері, Р. Райхле та Д. Дж. Вайнленд. «Створення шестиатомної держави кота Шредінгера». Nature 438, 639–642 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature04251

[34] Петер Грошковський, Мартін Коппенхофер, Хой-Кван Лау та AA Клерк. «Спиновий стиснення, сконструйоване резервуаром: Макроскопічні парно-непарні ефекти та впровадження гібридних систем». фіз. Ред. X 12, 011015 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] А. Марі, А. Фараче, Н. Дідьє, В. Джованетті, Р. Фаціо. “Міри квантової синхронізації в системах безперервної змінної”. фіз. Преподобний Летт. 111, 103605 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Тоні Е. Лі, Чінг-Кіт Чан і Шеншен Ван. «Язик заплутаності та квантова синхронізація невпорядкованих осциляторів». фіз. Rev. E 89, 022913 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Фернандо Гальве, Джан Лука Джорджі та Роберта Замбріні. “Лекції про загальні квантові кореляції та їх застосування”. Розділ «Квантові кореляції та заходи синхронізації», сторінки 393–420. Springer International Publishing. (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-53412-1_18

[38] Нуфаль Джасім, Міхал Гайдушек, Парвіндер Соланкі, Леонг-Чуан Квек, Розаріо Фаціо та Сай Вінджанампаті. “Узагальнена міра квантової синхронізації”. фіз. Дослідження 2, 043287 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Майкл Р. Хаш, Вейбін Лі, Сем Генвей, Ігор Лесановський та Ендрю Д. Армор. «Спінові кореляції як зонд квантової синхронізації в фононних лазерах із захопленими іонами». фіз. Rev. A 91, 061401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Таліта Вайс, Андреас Кронвальд і Флоріан Марквардт. “Шумові переходи в оптико-механічній синхронізації”. New Journal of Physics 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] Дж. М. Редкліфф. “Деякі властивості когерентних спінових станів”. J. of Phys. A: Загальна фізика 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Берислав Бука, Кемерон Букер і Дітер Якш. “Алгебраїчна теорія квантової синхронізації та граничні цикли при дисипації”. Фізика SciPost 12, 097 (2022).
https://​/​doi.org/​10.21468/​SciPostPhys.12.3.097

[43] Д. М. Брінк і Г. Р. Сатчлер. "Момент імпульсу". Clarendon Press. (1968).

[44] Е. П. Вігнер. “Теорія груп: і її застосування до квантової механіки атомних спектрів”. Академічна преса. (1959).

Цитується

[1] Парвіндер Соланкі, Фараз Мохд Мехді, Міхал Гайдушек і Сай Вінджанампаті, «Симетрії та блокування синхронізації», arXiv: 2212.09388.

Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2022-12-30 03:29:08). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.

On Служба, на яку посилається Crossref даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2022-12-30 03:29:07).

Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал