Logotipo de Zephyrnet

Extracción de coherencias cuánticas autónomas

Fecha:

artur slobodeniuk1,2, Tomaš Novotný2y Radim Filip1

1Departamento de Óptica, Universidad Palacký, 17. listopadu 12, 77146 Olomouc, República Checa
2Departamento de Física de la Materia Condensada, Facultad de Matemáticas y Física, Universidad Charles, Ke Karlovu 5, CZ-121 16 Praga, República Checa

¿Encuentra este documento interesante o quiere discutirlo? Scite o deje un comentario en SciRate.

Resumen

La coherencia cuántica es un recurso esencial para ganar ventaja sobre la física y la tecnología clásicas. Recientemente, se ha propuesto que un entorno de baja temperatura puede inducir la coherencia cuántica de un espín sin una bomba coherente externa. Abordamos una pregunta crítica si tal coherencia es extraíble por un acoplamiento débil a un sistema de salida que afecta dinámicamente el acoplamiento de entorno de giro. Describiendo todo el mecanismo, demostramos que tal extracción es genéricamente posible para espines de salida (también osciladores o campos) y, también, en un análogo fermiónico de tal proceso. Comparamos la coherencia de espín interno y la coherencia de salida sobre la temperatura y las frecuencias características. La extracción de coherencia óptima propuesta abre caminos para las próximas pruebas experimentales con sistemas atómicos y de estado sólido.

La coherencia cuántica es el recurso esencial de la tecnología cuántica. Recientemente se ha propuesto y discutido su apariencia sin un accionamiento externo, puramente a partir de un acoplamiento de ingeniería con un baño frío. Uno de los puntos arriesgados de prueba de principio que quedaba era si tal coherencia es extraible por un acoplamiento presente simultáneamente a un sistema externo, y una acción inversa de la extracción no estropearía este efecto estimulante. Resolvimos ese problema para los modelos de espín-bosón y fermión-bosón y mostramos positivamente que tal coherencia autónoma es extraíble. Abre aún más la puerta a su investigación experimental y estimula la investigación en curso para hacer que la tecnología cuántica sea más autónoma.

► datos BibTeX

► referencias

[ 1 ] Alexander Streltsov, Gerardo Adesso y Martín B. Plenio. Coloquio: La coherencia cuántica como recurso. Rev.Mod. física 89, 041003 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.041003

[ 2 ] Simon Schmitt, Tuvia Gefen, Felix M. Stürner, Thomas Unden, Gerhard Wolff, Christoph Müller, Jochen Scheuer, Boris Naydenov, Matthew Markham, Sebastien Pezzagna, Jan Meijer, Ilai Schwarz, Martin Plenio, Alex Retzker, Liam P. McGuinness, Fedor Jelezko. Espectroscopía magnética de submilihercios realizada con un sensor cuántico a nanoescala. Ciencia 356, 6340, 832-837 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aam5532

[ 3 ] Hengyun Zhou, Joonhee Choi, Soonwon Choi, Renate Landig, Alexander M. Douglas, Junichi Isoya, Fedor Jelezko, Shinobu Onoda, Hitoshi Sumiya, Paola Cappellaro, Helena S. Knowles, Hongkun Park y Mikhail D. Lukin. Metrología cuántica con sistemas de espín de fuerte interacción. física Rev. X 10, 031003 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031003

[ 4 ] Andreas Reiserer, Norbert Kalb, Machiel S. Blok, Koen JM van Bemmelen, Tim H. Taminiau, Ronald Hanson, Daniel J. Twitchen y Matthew Markham. Memoria robusta de red cuántica utilizando subespacios de espines nucleares protegidos por decoherencia. física Rev. X 6, 021040 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.021040

[ 5 ] David D. Awschalom, Ronald Hanson, Jörg Wrachtrup y Brian B. Zhou. Tecnologías cuánticas con espines de estado sólido interconectados ópticamente. Fotónica de la naturaleza 12, 516–527 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-018-0232-2

[ 6 ] T. Hensgens, T. Fujita, L. Janssen, Xiao Li, CJ Van Diepen, C. Reichl, W. Wegscheider, S. Das Sarma y LMK Vandersypen. Simulación cuántica de un modelo de Fermi-Hubbard utilizando una matriz de puntos cuánticos de semiconductores. Naturaleza 548, 70–73 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23022

[ 7 ] Robert Drost, Teemu Ojanen, Ari Harju y Peter Liljeroth. & Liljeroth, P. Estados topológicos en redes atómicas diseñadas. Física de la naturaleza 13, 668–671 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys4080

[ 8 ] Marlou R. Slot, Thomas S. Gardenier, Peter H. Jacobse, Guido CP van Miert, Sander N. Kempkes, Stephan JM Zevenhuizen, Cristiane Morais Smith, Daniel Vanmaekelbergh e Ingmar Swart. Realización experimental y caracterización de una red electrónica de Lieb. Física de la naturaleza 13, 672-676 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys4105

[ 9 ] Gregory D. Scholes, Graham R. Fleming, Lin X. Chen, Alán Aspuru-Guzik, Andreas Buchleitner, David F. Coker, Gregory S. Engel, Rienk van Grondelle, Akihito Ishizaki, David M. Jonas, Jeff S. Lundeen, James K. McCusker, Shaul Mukamel, Jennifer P. Ogilvie, Alexandra Olaya-Castro, Mark A. Ratner, Frank C. Spano, K. Birgitta Whaley y Xiaoyang Zhu. Uso de la coherencia para mejorar la función en sistemas químicos y biofísicos. Naturaleza 543, 647–656 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature21425

[ 10 ] Elisabet Romero, Vladimir I. Novoderezhkin y Rienk van Grondelle. Diseño cuántico de la fotosíntesis para la conversión de energía solar bioinspirada. Naturaleza 543, 647–656 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature22012

[ 11 ] James Klatzow, Jonas N. Becker, Patrick M. Ledingham, Christian Weinzetl, Krzysztof T. Kaczmarek, Dylan J. Saunders, Joshua Nunn, Ian A. Walmsley, Raam Uzdin y Eilon Poem. Demostración experimental de efectos cuánticos en el funcionamiento de motores térmicos microscópicos. física Rev. Lett. 122, 110601 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.110601

[ 12 ] K. Ono, SN Shevchenko, T. Mori, S. Moriyama y Franco Nori. F. Análogo de un motor térmico cuántico usando un Qubit de un solo giro. física Rev. Lett. 125, 166802 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.166802

[ 13 ] Camille L. Latune, Ilya Sinayskiy y Francesco Petruccione. Papeles de las coherencias cuánticas en máquinas térmicas. EUR. física J. Espec. Parte superior. (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1140/​epjs/​s11734-021-00085-1

[ 14 ] CE Bradley, J. Randall, MH Abobeih, RC Berrevoets, MJ Degen, MA Bakker, M. Markham, DJ Twitchen y TH Taminiau. Un registro de giro de estado sólido de diez qubits con memoria cuántica de hasta un minuto. física Rev. X 9, 031045 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.031045

[ 15 ] CJ Stephen, BL Green, YND Lekhai, L. Weng, P. Hill, S. Johnson, AC Frangeskou, PL Diggle, Y.-C. Chen, MJ Strain, E. Gu, ME Newton, JM Smith, PS Salter y GW Morley. Profundos arreglos tridimensionales de Qubit de estado sólido con coherencia de espín de larga duración. física Rev. Aplicada 12, 064005 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.12.064005

[ 16 ] Flavio Del Santo y Borivoje Dakić. Coherencia Igualdad y Comunicación en una Superposición Cuántica. física Rev. Lett. 124, 190501 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.190501

[ 17 ] Flavio Del Santo y Borivoje Dakić. Comunicación bidireccional con una sola partícula cuántica. física Rev. Lett. 120, 060503 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.060503

[ 18 ] Kok Chuan Tan, Tyler Volkoff, Hyukjoon Kwon y Hyunseok Jeong. Cuantificación de la Coherencia entre Estados Coherentes. física Rev. Lett. 119, 190405 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.190405

[ 19 ] Kaonan Micadei, John PS Peterson, Alexandre M. Souza, Roberto S. Sarthour, Ivan S. Oliveira, Gabriel T. Landi, Roberto M. Serra y Eric Lutz. Validación experimental de teoremas de fluctuación totalmente cuántica utilizando redes bayesianas dinámicas Phys.Rev.Lett. 127, 180603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.180603

[ 20 ] José Joaquín Alonso, Eric Lutz y Alessandro Romito. Termodinámica de Sistemas Cuánticos Débilmente Medidos. física Rev. Lett. 116, 080403 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.080403

[ 21 ] JF Haase, A. Smirne, J. Kołodyński, R. Demkowicz-Dobrzański y SF Huelga, Límites fundamentales de la estimación de frecuencia: una perspectiva microscópica integral. Nuevo J. Phys. 20, 053009 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​aab67f

[ 22 ] Jan Czajkowski, Krzysztof Pawłowski y Rafał Demkowicz-Dobrzański. Efectos de muchos cuerpos en metrología cuántica. Nuevo J. Phys. 21 053031 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab1fc2

[ 23 ] Leonardo Novo, Masoud Mohseni y Yasser Omar. Transporte cuántico asistido por desorden en regímenes de decoherencia subóptimos. Informes científicos 6, 18142 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep18142

[ 24 ] Kaonan Micadei, Gabriel T. Landi y Eric Lutz. Teoremas de fluctuación cuántica más allá de las medidas de dos puntos. física Rev. Lett. 124, 090602 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.090602

[ 25 ] María García Díaz, Giacomo Guarnieri, Mauro Paternostro. Estadísticas cuánticas de trabajo con coherencia inicial. Entropía 22(11), 1223 (2020).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e22111223

[ 26 ] Rafał Demkowicz-Dobrzański, Jan Czajkowski y Pavel Sekatski. Metrología Cuántica Adaptativa bajo Ruido Markoviano General. física Rev. X 7, 041009 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.7.041009

[ 27 ] Stella Seah, Stefan Nimmrichter y Valerio Scarani. El demonio menor de Maxwell: un motor cuántico impulsado por medidas de puntero. física Rev. Lett. 124, 100603 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.100603

[ 28 ] Harry JD Miller, Giacomo Guarnieri, Mark T. Mitchison y John Goold. Las fluctuaciones cuánticas dificultan el borrado de información en tiempo finito cerca del límite de Landauer. física Rev. Lett. 125, 160602 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.160602

[ 29 ] G. Francica, FC Binder, G. Guarnieri, MT Mitchison, J. Goold y F. Plastina. Coherencia Cuántica y Ergotropía. física Rev. Lett. 125, 180603 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.180603

[ 30 ] Stella Seah, Stefan Nimmrichter, Daniel Grimmer, Jader P. Santos, Valerio Scarani y Gabriel T. Landi. Termometría cuántica de colisión. física Rev. Lett. 123, 180602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.180602

[ 31 ] CL Latune, I. Sinayskiy & F. Petruccione. Coherencia cuántica, correlaciones de muchos cuerpos y efectos no térmicos para máquinas térmicas autónomas. Informes científicos 9, 3191 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-019-39300-4

[ 32 ] Devashish Tupkary, Abhishek Dhar, Manas Kulkarni, Archak Purkayastha. Limitaciones fundamentales en las descripciones de Lindblad de sistemas débilmente acoplados a baños. física Rev. A 105, 032208 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.105.032208

[ 33 ] Wojciech Hubert Zurek. Decoherencia, einselección y los orígenes cuánticos de lo clásico. Rev.Mod. física 75, 715 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.75.715

[ 34 ] Mohseni, M., Omar, Y., Engel, GS, Plenio, M. Efectos cuánticos en biología (Cambridge Univ Press, Cambridge, MA, 2014).

[ 35 ] Hong-Guang Duan, Valentyn I. Prokhorenko, Richard J. Cogdell, Khuram Ashraf, Amy L. Stevens, Michael Thorwart y RJ Dwayne Miller. La naturaleza no depende de la coherencia cuántica electrónica de larga duración para la transferencia de energía fotosintética. PNAS 114 (32) 8493-8498 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1702261114

[ 36 ] Giacomo Guarnieri, Michal Kolář y Radim Filip. Coherencias en estado estacionario por interacciones sistema-baño compuesto. física Rev. Lett. 121, 070401 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.070401

[ 37 ] Giacomo Guarnieri, Daniele Morrone, Barış Çakmak, Francesco Plastina, Steve Campbelle. Estados estacionarios de no equilibrio de modelos de colisión cuántica sin memoria. física Letón. A 384, 24, 126576 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2020.126576

[ 38 ] Mike Reppert, Deborah Reppert, Leonardo A. Pachon y Paul Brumer. Coherencia estacionaria de equilibrio en el modelo de bosón de espín multinivel. física Rev. A 102, 012211 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012211

[ 39 ] Román-Ancheyta, R., Kolář, M., Guarnieri, G., Filip, R. Coherencias de estado estacionario mejoradas a través de interacciones sistema-baño repetidas. física Rev. A 104, 062209 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.062209

[ 40 ] Archak Purkayastha, Giacomo Guarnieri, Mark T. Mitchison, Radim Filip y John Goold. Coherencia de estado estable inducida por fonones sintonizables en un qubit de carga de doble punto cuántico. npj Información cuántica 6, 27 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0256-6

[ 41 ] H.-P. Breuer, F.Petruccione. La teoría de los sistemas cuánticos abiertos (Oxford University Press, 2007).

[ 42 ] U. Weiss. Sistemas disipativos cuánticos (World Scientific Publishing, 2012).

[ 43 ] H. Bateman, A. Erdélyi. Funciones trascendentales superiores. Vol.2. Funciones de Bessel, Funciones de Cilindro Parabólico, Polinomios Ortogonales (McGraw-Hill, 1953).

[ 44 ] Elliott Lieb, Theodore Schultz, Daniel Mattis. Dos modelos solubles de una cadena antiferromagnética. Anales de Física 16, 407 (1961).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0003-4916(61)90115-4

[ 45 ] S. Touzard, A. Kou, NE Frattini, VV Sivak, S. Puri, A. Grimm, L. Frunzio, S. Shankar y MH Devoret. Lectura de desplazamiento condicional controlado de qubits superconductores. física Rev. Lett. 122, 080502 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.080502

[ 46 ] X. Ma, JJ Viennot, S. Kotler, JD Teufel y KW Lehnert. Compresión de energía no clásica de un oscilador mecánico macroscópico. Física de la naturaleza 17, 322-326 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s415
+67 (020) 01102-1

[ 47 ] M.-L. Cai, Z.-D. Liu, W.-D. Zhao, Y.-K. Wu, Q.-X. Mei, Y. Jiang, L. He, X. Zhang, Z.-C. Zhou y L.-M. Duan. Observación de una transición de fase cuántica en el modelo Rabi cuántico con un solo ion atrapado. Comunicaciones de la naturaleza 12, 1126 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-21425-8

Citado por

punto_img

Información más reciente

punto_img