Domare l'approssimazione dell'onda rotante

Domare l'approssimazione dell'onda rotante

Timestamp: 21 febbraio 2024 8:07

Daniele Burgart1, Paolo Facchi2, Robin Hillier3e Marilena Ligabò4

1Dipartimento di fisica, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstraße 7, 91058 Erlangen, Germania
2Dipartimento di Fisica, Università di Bari, I-70126 Bari, Italia, e INFN, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italia
3Dipartimento di Matematica e Statistica, Università di Lancaster, Lancaster LA1 4YF, Regno Unito
4Dipartimento di Matematica, Università di Bari, I-70125 Bari, Italia

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Astratto

L’interazione tra luce e materia è una delle aree di ricerca più antiche della meccanica quantistica e un campo che continua a fornire nuove intuizioni e applicazioni. Con l’avvento dell’elettrodinamica quantistica delle cavità e dei circuiti ora possiamo ottenere forti accoppiamenti luce-materia che costituiscono la base della maggior parte delle implementazioni della tecnologia quantistica. Ma l’elaborazione delle informazioni quantistiche ha anche esigenze elevate che richiedono tassi di errore totali di frazioni percentuali per essere scalabile (tollerante ai guasti) per applicazioni utili. Poiché gli errori possono derivare anche dalla modellazione, ciò ha portato al centro della scena una delle approssimazioni chiave della teoria quantistica, l'approssimazione dell'onda rotante (RWA) del modello quantistico di Rabi, che porta all'hamiltoniano di Jaynes-Cummings. Sebbene l’RWA sia spesso molto valido e incredibilmente utile per comprendere le interazioni luce-materia, vi sono anche prove sperimentali crescenti di regimi in cui rappresenta una cattiva approssimazione. Qui poniamo e rispondiamo a una domanda più difficile: per quali parametri sperimentali l’RWA, sebbene forse qualitativamente adeguato, non è già abbastanza buono per soddisfare le esigenze della tecnologia quantistica scalabile? Ad esempio, quando l'errore è almeno dell'1% e quando al massimo? Per rispondere a questa domanda, sviluppiamo rigorosi limiti non perturbativi che domano l’RWA.
Troviamo che questi limiti non dipendono solo, come previsto, dal rapporto tra la forza di accoppiamento e la frequenza dell'oscillatore, ma anche dal numero medio di fotoni nello stato iniziale. Ciò conferma recenti esperimenti sugli spostamenti Bloch-Siegert vestiti di fotoni. Noi sosteniamo che con esperimenti che riportano stati di cavità controllabili con centinaia di fotoni e con codici di correzione degli errori quantistici che esplorano sempre più spazio di Fock, questa dipendenza dallo stato dell’RWA è sempre più rilevante per il campo del calcolo quantistico, e i nostri risultati aprono la strada verso una migliore comprensione di quegli esperimenti.

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Immagine in primo piano: Le interazioni luce-materia sono state un importante motore della fisica quantistica per mezzo decennio. Spesso gli atomi vengono collocati in cavità per amplificare la loro effettiva forza di accoppiamento con i fotoni. Qui mostriamo che l'approssimazione dell'onda rotante non è determinata solo da tale forza di accoppiamento e dalla frequenza di guida, ma anche dal numero di fotoni (ingenuamente raffigurati come sfere dorate) nella cavità.

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► Riferimenti

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Citato da

[1] Neil Dowling, Kavan Modi, Roberto N. Muñoz, Sukhbinder Singh e Gregory AL White, "Albero dei processi: rappresentazione efficiente dei processi quantistici con memoria complessa a lungo raggio", arXiv: 2312.04624, (2023).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2024-02-21 13:11:22). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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