Hiệu ứng nửa số nguyên so với số nguyên trong đồng bộ hóa lượng tử của các hệ thống spin

Hiệu ứng nửa số nguyên so với số nguyên trong đồng bộ hóa lượng tử của các hệ thống spin

Dấu thời gian: Ngày 29 tháng 2022 năm 10 11:XNUMX sáng
Nút nguồn: 1792124

Ryan Tân1, Christoph Bruder1, và Martin Koppenhöfer2

1Khoa Vật lý, Đại học Basel, Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Basel, Thụy Sĩ
2Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker, Đại học Chicago, Chicago, Illinois 60637, Hoa Kỳ

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Chúng tôi nghiên cứu sự đồng bộ hóa lượng tử của một spin duy nhất được điều khiển bởi tín hiệu bán cổ điển bên ngoài cho số spin lớn hơn $S = 1$, hệ thống nhỏ nhất chứa bộ dao động tự duy trì lượng tử. Sự xuất hiện của phong tỏa đồng bộ hóa lượng tử dựa trên giao thoa được phát hiện là khác nhau về chất đối với số spin nguyên so với số spin nửa nguyên $S$. Chúng tôi giải thích hiện tượng này là sự tương tác giữa tín hiệu bên ngoài và cấu trúc của chu kỳ giới hạn trong việc tạo ra sự gắn kết trong hệ thống. Ngoài ra, chúng tôi chỉ ra rằng cùng một cơ chế ổn định chu kỳ giới hạn tiêu tan dẫn đến các mức đồng bộ hóa lượng tử rất khác nhau cho số nguyên so với nửa số nguyên $S$. Tuy nhiên, bằng cách chọn một chu kỳ giới hạn thích hợp cho mỗi số spin, có thể đạt được các mức đồng bộ hóa lượng tử có thể so sánh được cho cả hệ thống spin nguyên và nửa nguyên.

Hình ảnh nổi bật: Mức độ đồng bộ hóa tối đa cho các giá trị spin $S$ khác nhau và các chu kỳ giới hạn khác nhau. Bằng cách chọn các bộ dao động có chu kỳ giới hạn khác nhau tùy thuộc vào kích thước của hệ spin, người ta tìm thấy sự tăng trưởng đơn điệu của mức đồng bộ hóa lượng tử cực đại như là một hàm của kích thước spin của hệ.

Tóm tắt phổ biến

Đồng bộ hóa cổ điển đã được nghiên cứu từ thế kỷ 17 và có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chẳng hạn như trong các thiết bị đo thời gian và lưới điện. Các hệ thống lượng tử cũng có thể đồng bộ hóa và chúng có một số hiệu ứng lượng tử thực sự trong hành vi đồng bộ hóa của chúng. Một ví dụ là phong tỏa đồng bộ hóa lượng tử dựa trên giao thoa trong các bộ tạo dao động chu kỳ giới hạn lượng tử được điều khiển, trong đó hiệu ứng giao thoa triệt tiêu ngăn chặn đồng bộ hóa ngay cả khi tín hiệu bên ngoài được áp dụng. Các hệ thống spin là một nền tảng thuận tiện để nghiên cứu đồng bộ hóa lượng tử vì không gian Hilbert hữu hạn (và thường là ít chiều) của chúng.

Ở đây, chúng tôi phân tích cách đồng bộ hóa lượng tử phụ thuộc vào kích thước của hệ thống kéo sợi. Đối với các kết hợp cụ thể của bộ tạo dao động chu kỳ giới hạn lượng tử và tín hiệu được áp dụng, chúng tôi nhận thấy sự khác biệt về chất trong số lần chặn đồng bộ hóa và dao động mạnh trong lượng đồng bộ hóa tối đa, tùy thuộc vào việc spin là số nguyên hay nửa số nguyên. Tuy nhiên, nếu một người chọn các bộ dao động có chu kỳ giới hạn khác nhau tùy thuộc vào kích thước của hệ spin, thì sẽ tìm thấy sự tăng trưởng đơn điệu của mức đồng bộ hóa lượng tử cực đại như là một hàm của kích thước spin của hệ.

Kết quả của chúng tôi đã làm sáng tỏ các hiệu ứng giao thoa phức tạp trong đồng bộ hóa lượng tử và là bước đầu tiên để nghiên cứu quá trình chuyển đổi lượng tử sang cổ điển trong đồng bộ hóa.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] Arkady Pikovsky, Michael Rosenblum, và Jürgen Kurths. “Đồng bộ hóa: Một khái niệm phổ quát trong khoa học phi tuyến tính”. Sê-ri Khoa học Phi tuyến Cambridge. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. (2001).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511755743

[2] Steven H Strogatz. “Đồng bộ hóa: Cách trật tự xuất hiện từ sự hỗn loạn trong vũ trụ, tự nhiên và cuộc sống hàng ngày”. Hachette Vương quốc Anh. (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 và ĐL Shepelyansky. “Đồng bộ hóa lượng tử”. Ơ. vật lý. J.D 38, 375 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2006-00011-9

[4] Max Ludwig và Florian Marquardt. “Động lực học nhiều vật thể lượng tử trong các mảng quang học”. vật lý. Mục sư Lett. 111, 073603 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley và áo giáp AD. "Đồng bộ hóa micromasers". vật lý. Linh mục A 94, 063819 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee và HR Sadeghpour. “Đồng bộ hóa lượng tử của bộ dao động van der Pol lượng tử với các ion bị mắc kẹt”. vật lý. Mục sư Lett. 111, 234101 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss, Stefan Walter và Florian Marquardt. “Dao động pha kết hợp lượng tử trong đồng bộ hóa”. vật lý. Linh mục A 95, 041802 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.041802

[8] Niels Lörch, Simon E Nigg, Andreas Nunnenkamp, ​​Rakesh P Tiwari và Christoph Bruder. “Sự phong tỏa đồng bộ hóa lượng tử: Lượng tử hóa năng lượng cản trở sự đồng bộ hóa của các bộ tạo dao động giống hệt nhau”. vật lý. Mục sư Lett. 118, 243602 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai, Niels Lörch, Andreas Nunnenkamp, ​​Stefan Walter và Christoph Bruder. “Đồng bộ hóa hệ thống quang học với ổ đĩa ngoài”. vật lý. Linh mục A 95, 053858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai, Martin Koppenhöfer, Niels Lörch, và Christoph Bruder. “Các hiệu ứng lượng tử trong cái chết biên độ của các bộ tự dao động bất điều hòa kết hợp”. vật lý. Linh mục E 97, 052203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani, Gonzalo Manzano, Roberta Zambrini và Rosario Fazio. “Đồng bộ hóa dọc theo quỹ đạo lượng tử”. vật lý. Rev. Nghiên cứu 2, 023101 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher W Wächtler và Gloria Platero. “Đồng bộ hóa cấu trúc liên kết của bộ dao động van der pol lượng tử” (2022). arxiv:2208.01061.
arXiv: 2208.01061

[13] Steven H Strogatz. “Động lực học phi tuyến tính và sự hỗn loạn: với các ứng dụng cho vật lý”. Nhà xuất bản CRC. (2015).

[14] Igor Goychuk, Jesús Casado-Pascual, Manuel Morillo, Jörg Lehmann và Peter Hänggi. “Đồng bộ hóa ngẫu nhiên lượng tử”. vật lý. Mục sư Lett. 97, 210601 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov và ĐL Shepelyansky. “Đồng bộ hóa và khả năng ổn định của một qubit được kết hợp với bộ tạo dao động tiêu tán được điều khiển”. vật lý. Mục sư Lett. 100, 014101 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi, F. Plastina, G. Francica và R. Zambrini. “Động lực tương quan lượng tử và đồng bộ tự phát của các hệ spin mở”. vật lý. Linh mục A 88, 042115 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu, DA Tieri, EC Fine, James K. Thompson và MJ Holland. “Sự đồng bộ hóa của hai nhóm nguyên tử”. vật lý. Mục sư 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 và R. Fazio. “Thông tin lẫn nhau như một tham số thứ tự cho đồng bộ hóa lượng tử”. vật lý. Rev. A 91, 012301 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre Roulet và Christoph Bruder. “Đồng bộ hóa hệ thống nhỏ nhất có thể”. vật lý. Mục sư Lett. 121, 053601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre Roulet và Christoph Bruder. “Đồng bộ hóa lượng tử và thế hệ vướng víu”. vật lý. Mục sư Lett. 121, 063601 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhöfer và Alexandre Roulet. “Đồng bộ hóa tối ưu sâu trong chế độ lượng tử: Tài nguyên và giới hạn cơ bản”. vật lý. Linh mục 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 và C. Monroe. “Hiện thực hóa chuỗi spin số nguyên lượng tử với các tương tác có thể kiểm soát được”. vật lý. Lm 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, et al. “Mô phỏng spin lượng tử với qudit pha siêu dẫn”. Khoa học 325, 722–725 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1173440

[24] Martin Koppenhöfer, Christoph Bruder và Alexandre Roulet. “Đồng bộ hóa lượng tử trên hệ thống ibm q”. vật lý. Rev. Nghiên cứu 2, 023026 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023026

[25] Arif Warsi Laskar, Pratik Adhikary, Suprodip Mondal, Parag Katiyar, Sai Vinjanampathy và Saikat Ghosh. “Quan sát sự đồng bộ pha lượng tử trong các nguyên tử spin-1”. vật lý. Mục sư Lett. 125, 013601 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika, Parvinder Solanki, Sai Vinjanampathy và TS Mahesh. “Quan sát sự đồng bộ pha lượng tử trong hệ spin hạt nhân”. vật lý. Rev. A 105, 062206 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] GS Agarwal và RR Puri. “Chuyển tiếp pha không cân bằng trong một khoang bị nén và tạo ra các trạng thái spin thỏa mãn đẳng thức không chắc chắn”. Truyền thông quang học 69, 267–270 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS Agarwal và RR Puri. “Hành vi hợp tác của các nguyên tử được chiếu xạ bởi ánh sáng nén băng thông rộng”. vật lý. Mục sư A 41, 3782–3791 (1990).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan và M. Fleischhauer. “Tạo ra sự vướng víu nhiều hạt không mất kết hợp bằng các chuyển đổi trạng thái cơ bản đáng tin cậy”. vật lý. Mục sư Lett. 90, 133601 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal, Rémy Mosseri và Jorge Dukelsky. “Sự vướng víu trong quá trình chuyển pha lượng tử bậc một”. vật lý. Linh mục A 69, 054101 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] Klaus Mølmer và Anders Sørensen. “Sự vướng víu nhiều hạt của các ion bị bẫy nóng”. vật lý. Mục sư 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 và DJ Wineland. “Hướng tới quang phổ giới hạn heisenberg với các trạng thái vướng víu nhiều hạt”. Khoa học 304, 1476–1478 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.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 và DJ Wineland. “Tạo ra trạng thái con mèo schrödinger sáu nguyên tử”. Thiên nhiên 438, 639–642 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên04251

[34] Peter Groszkowski, Martin Koppenhöfer, Hoi-Kwan Lau, và Thư ký AA. “Ép quay do hồ chứa thiết kế: Các hiệu ứng chẵn-lẻ vĩ mô và triển khai các hệ thống lai”. vật lý. Rev X 12, 011015 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari, A. Farace, N. Didier, V. Giovannetti và R. Fazio. “Các biện pháp đồng bộ hóa lượng tử trong các hệ thống biến đổi liên tục”. vật lý. Mục sư Lett. 111, 103605 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee, Ching-Kit Chan và Shenshen Wang. “Lưỡi vướng víu và đồng bộ hóa lượng tử của các bộ dao động rối loạn”. vật lý. Linh mục E 89, 022913 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve, Gian Luca Giorgi và Roberta Zambrini. “Các bài giảng về tương quan lượng tử tổng quát và ứng dụng của chúng”. Chương Tương quan lượng tử và các biện pháp đồng bộ hóa, trang 393–420. Nhà xuất bản quốc tế 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, và Sai Vinjanampathy. "Đo lường tổng quát của đồng bộ hóa lượng tử". vật lý. Rev. Nghiên cứu 2, 043287 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush, Weibin Li, Sam Genway, Igor Lesanovsky và Andrew D. Armour. “Tương quan spin như một thăm dò đồng bộ hóa lượng tử trong laser phonon bẫy ion”. vật lý. Linh mục A 91, 061401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss, Andreas Kronwald và Florian Marquardt. “Chuyển tiếp gây ra tiếng ồn trong đồng bộ hóa quang học”. Tạp chí Vật lý mới 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM Radcliffe. “Một số tính chất của trạng thái spin kết hợp”. J. của vật lý. A: Vật Lý Đại Cương 4, 313 (1971).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca, Cameron Booker, và Dieter Jaksch. “Lý thuyết đại số về đồng bộ hóa lượng tử và các chu kỳ giới hạn dưới sự tiêu tán”. SciPost Vật lý 12, 097 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink và GR Satchler. “Động lượng góc”. Nhà xuất bản Clarendon. (1968).

[44] EP Wigner. “Lý thuyết nhóm: Và ứng dụng của nó vào cơ học lượng tử của quang phổ nguyên tử”. Báo chí học thuật. (1959).

Trích dẫn

[1] Parvinder Solanki, Faraz Mohd Mehdi, Michal Hajdušek, và Sai Vinjanampathy, “Sự phong tỏa đối xứng và đồng bộ hóa”, arXiv: 2212.09388.

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2022 / 12-30 03:29:08). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2022 / 12-30 03:29:07).

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử