自旋系统量子同步中的半整数与整数效应

自旋系统量子同步中的半整数与整数效应

时间戳：29年2022月10日凌晨11:XNUMX
源节点： 1792124

谭瑞恩1, 克里斯托夫布鲁德1, 和马丁·科彭霍夫2

1巴塞尔大学物理系，Klingelbergstrasse 82, CH-4056 Basel, Switzerland
2芝加哥大学普利兹克分子工程学院，美国伊利诺斯州芝加哥60637

觉得本文有趣或想讨论？ 在SciRate上发表评论或发表评论.

抽象

我们研究了自旋数大于 $S = 1$ 的外部半经典信号驱动的单个自旋的量子同步，这是承载量子自持振荡器的最小系统。 发现基于干扰的量子同步阻塞的发生对于整数与半整数自旋数 $S$ 在性质上是不同的。 我们将这种现象解释为外部信号与系统相干性生成中的极限环结构之间的相互作用。 此外，我们表明相同的耗散极限环稳定机制导致整数与半整数 $S$ 的量子同步水平非常不同。 然而，通过为每个自旋数选择合适的极限环，整数和半整数自旋系统都可以实现相当水平的量子同步。

特色图片：不同自旋 $S$ 值和不同极限环的最大同步级别。 通过根据自旋系统的大小选择不同的极限循环振荡器，发现量子同步的最大水平作为系统自旋大小的函数单调增长。

热门摘要

经典同步从 17 世纪就开始研究，并在我们日常生活的许多领域都有应用，例如计时设备和电网。 量子系统也可以同步，并且它们在同步行为中具有许多真正的量子效应。 一个例子是驱动量子极限循环振荡器中基于干涉的量子同步封锁，其中破坏性干涉效应会阻止同步，即使应用了外部信号也是如此。 自旋系统是研究量子同步的便捷平台，因为它们具有有限（通常是低维）希尔伯特空间。

在这里，我们分析了量子同步如何取决于自旋系统的大小。 对于量子极限循环振荡器和应用信号的特定组合，我们发现同步阻塞的数量和最大同步量的强振荡存在质的差异，这取决于自旋是整数还是半整数。 然而，如果根据自旋系统的大小选择不同的极限环振荡器，就会发现量子同步的最大水平作为系统自旋大小的函数单调增长。

我们的结果揭示了量子同步中的复杂干涉效应，并且是研究同步中量子到经典转变的第一步。

►BibTeX数据

►参考

[1] Arkady Pikovsky、Michael Rosenblum 和 Jürgen Kurths。 “同步：非线性科学中的一个普遍概念”。 剑桥非线性科学丛书。 剑桥大学出版社。 (2001)。
https：/ / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511755743

[2] 史蒂文·H·斯特罗加茨。 “同步：秩序如何从宇宙、自然和日常生活的混乱中出现”。 阿歇特英国。 (2012)。 网址：https：/ / www.hachettebooks.com/ titles/ steven-h-strogatz/ sync/ 9781401304461/ 。
https:/ / www.hachettebooks.com/ titles/ steven-h-strogatz/ sync/ 9781401304461/

[3] OV Zhirov 和 DL Shepelyansky。 “量子同步”。 欧元。 物理。 J. D 38, 375 (2006)。
https：///doi.org/10.1140/epjd/e2006-00011-9

[4] 马克斯·路德维希和弗洛里安·马夸特。 “光机械阵列中的量子多体动力学”。 物理。 牧师莱特。 111, 073603 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.073603

[5] Claire Davis-Tilley 和 AD Armour。 “微型激光同步”。 物理。 修订版 A 94, 063819 (2016)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.063819

[6] Tony E. Lee 和 HR Sadeghpour。 “量子范德波尔振荡器与俘获离子的量子同步”。 物理。 牧师莱特。 111, 234101 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.234101

[7] Talitha Weiss、Stefan Walter 和 Florian Marquardt。 “同步中的量子相干相位振荡”。 物理。 修订版 A 95, 041802 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.041802

[8] Niels Lörch、Simon E Nigg、Andreas Nunnenkamp、Rakesh P Tiwari 和 Christoph Bruder。 “量子同步封锁：能量量化阻碍相同振荡器的同步”。 物理。 牧师莱特。 118, 243602 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.243602

[9] Ehud Amitai、Niels Lörch、Andreas Nunnenkamp、Stefan Walter 和 Christoph Bruder。 “光机械系统与外部驱动器的同步”。 物理。 修订版 A 95, 053858 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.053858

[10] Ehud Amitai、Martin Koppenhöfer、Niels Lörch 和 Christoph Bruder。 “耦合非谐自激振荡器振幅死亡的量子效应”。 物理。 修订版 E 97, 052203 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.97.052203

[11] Najmeh Es'haqi-Sani、Gonzalo Manzano、Roberta Zambrini 和 Rosario Fazio。 “沿着量子轨迹同步”。 物理。 牧师研究 2, 023101 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023101

[12] Christopher Wächtler 和 Gloria Platero。 “量子范德波尔振荡器的拓扑同步”（2022 年）。 arxiv:2208.01061。
的arXiv：2208.01061

[13] 史蒂文·H·斯特罗加茨。 “非线性动力学和混沌：在物理学中的应用”。 CRC出版社。 (2015)。

[14] Igor Goychuk、Jesús Casado-Pascual、Manuel Morillo、Jörg Lehmann 和 Peter Hänggi。 “量子随机同步”。 物理。 牧师莱特。 97, 210601 (2006)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.210601

[15] OV Zhirov 和 DL Shepelyansky。 “耦合到驱动耗散振荡器的量子比特的同步和双稳态”。 物理。 牧师莱特。 100, 014101 (2008)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.014101

[16] GL Giorgi、F. Plastina、G. Francica 和 R. Zambrini。 “开放自旋系统的自发同步和量子关联动力学”。 物理。 修订版 A 88, 042115 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.042115

[17] Minghui Xu、DA Tieri、EC Fine、James K. Thompson 和 MJ Holland。 “两个原子系的同步”。 物理。 牧师莱特。 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 和 R. Fazio。 “互信息作为量子同步的有序参数”。 物理。 修订版 A 91, 012301 (2015)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012301

[19] Alexandre Roulet 和 Christoph Bruder。 “同步尽可能小的系统”。 物理。 牧师莱特。 121, 053601 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.053601

[20] Alexandre Roulet 和 Christoph Bruder。 “量子同步和纠缠生成”。 物理。 牧师莱特。 121, 063601 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.063601

[21] Martin Koppenhöfer 和 Alexandre Roulet。 “量子体系深处的最佳同步：资源和基本限制”。 物理。 修订版 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 和 C. Monroe。 “实现具有可控相互作用的量子整数自旋链”。 物理。 修订版 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 等。 “用超导相位 qudit 模拟量子自旋”。 科学 325, 722–725 (2009)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.1173440

[24] Martin Koppenhöfer、Christoph Bruder 和 Alexandre Roulet。 “ibm q 系统上的量子同步”。 物理。 牧师研究 2, 023026 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.023026

[25] Arif Warsi Laskar、Pratik Adhikary、Suprodip Mondal、Parag Katiyar、Sai Vinjanampathy 和 Saikat Ghosh。 “自旋 1 原子中量子相位同步的观察”。 物理。 牧师莱特。 125, 013601 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.013601

[26] VR Krithika、Parvinder Solanki、Sai Vinjanampathy 和 TS Mahesh。 “核自旋系统中量子相位同步的观察”。 物理。 修订版 A 105, 062206 (2022)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.062206

[27] GS 阿加瓦尔和 RR 普里。 “压缩空腔中的非平衡相变和满足不确定性等式的自旋态的产生”。 光学通信 69, 267–270 (1989)。
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0030-4018(89)90113-2

[28] GS 阿加瓦尔和 RR 普里。 “宽带压缩光照射下原子的协同行为”。 物理。 修订版 A 41, 3782–3791 (1990)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.41.3782

[29] RG Unanyan 和 M. Fleischhauer。 “通过绝热基态跃迁产生多粒子纠缠的无退相干”。 物理。 牧师莱特。 90, 133601 (2003)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.133601

[30] Julien Vidal、Rémy Mosseri 和 Jorge Dukelsky。 “一阶量子相变中的纠缠”。 物理。 修订版 A 69, 054101 (2004)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.054101

[31] 克劳斯·莫尔默和安德斯·索伦森。 “热俘获离子的多粒子纠缠”。 物理。 牧师莱特。 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 和 DJ Wineland。 “迈向具有多粒子纠缠态的海森堡极限光谱学”。 科学 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 和 DJ Wineland。 “创建六原子薛定谔猫态”。 自然 438, 639–642 (2005)。
https：/ / doi.org/10.1038/nature04251

[34] Peter Groszkowski、Martin Koppenhöfer、Hoi-Kwan Lau 和 AA Clerk。 “Reservoir-engineered spin squeezing：宏观奇偶效应和混合系统实现”。 物理。 修订版 X 12, 011015 (2022)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.12.011015

[35] A. Mari、A. Farace、N. Didier、V. Giovannetti 和 R. Fazio。 “连续变量系统中量子同步的测量”。 物理。 牧师莱特。 111, 103605 (2013)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.111.103605

[36] Tony E. Lee、Ching-Kit Chan 和王申申。 “无序振荡器的纠缠舌和量子同步”。 物理。 修订版 E 89, 022913 (2014)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevE.89.022913

[37] Fernando Galve、Gian Luca Giorgi 和 Roberta Zambrini。 “关于一般量子关联及其应用的讲座”。 Chapter Quantum Correlations and Synchronization Measures，第 393-420 页。 施普林格国际出版社。 (2017)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-53412-1_18

[38] Noufal Jaseem、Michal Hajdušek、Parvinder Solanki、Leong-Chuan Kwek、Rosario Fazio 和 Sai Vinjanampathy。 “量子同步的广义测量”。 物理。 牧师研究 2, 043287 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.043287

[39] Michael R. Hush、Weibin Li、Sam Genway、Igor Lesanovsky 和 ​​Andrew D. Armour。 “自旋相关作为俘获离子声子激光器中量子同步的探针”。 物理。 修订版 A 91, 061401 (2015)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.061401

[40] Talitha Weiss、Andreas Kronwald 和 Florian Marquardt。 “光机械同步中噪声引起的转变”。 新物理杂志 18, 013043 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​18/​1/​013043

[41] JM拉德克利夫。 “相干自旋态的一些性质”。 物理学杂志。 答：普通物理 4, 313 (1971)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0305-4470/​4/​3/​009

[42] Berislav Buca、Cameron Booker 和 Dieter Jaksch。 “耗散下的量子同步和极限环的代数理论”。 SciPost 物理 12, 097 (2022)。
https：///doi.org/10.21468/SciPostPhys.12.3.097

[43] DM Brink 和 GR Satchler。 “角动量”。 克拉伦登出版社。 （1968）。

[44] EP维格纳。 “群论：及其在原子光谱量子力学中的应用”。 学术出版社。 （1959）。

被引用

[1] Parvinder Solanki、Faraz Mohd Mehdi、Michal Hajdušek 和 Sai Vinjanampathy，“对称性和同步封锁”， 的arXiv：2212.09388.

以上引用来自 SAO / NASA广告 （最近成功更新为2022-12-30 03:29:08）。 该列表可能不完整，因为并非所有发布者都提供合适且完整的引用数据。

On Crossref的引用服务 找不到有关引用作品的数据（上一次尝试2022-12-30 03:29:07）。

该论文发表在《量子》杂志上 国际知识共享署名署名4.0（CC BY 4.0） 执照。 版权归原始版权持有者所有，例如作者或其所在机构。

时间戳记：

更多来自 量子杂志