Îmblanzirea aproximării undei rotative

Îmblanzirea aproximării undei rotative

Marca temporală: 21 februarie 2024 8:07

Daniel Burgarth1, Paolo Facchi2, Robin Hillier3, și Marilena Ligabò4

1Departamentul Physik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstraße 7, 91058 Erlangen, Germania
2Dipartimento di Fisica, Università di Bari, I-70126 Bari, Italia și INFN, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italia
3Departamentul de Matematică și Statistică, Universitatea Lancaster, Lancaster LA1 4YF, Marea Britanie
4Dipartimento di Matematica, Università di Bari, I-70125 Bari, Italia

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Interacțiunea dintre lumină și materie este una dintre cele mai vechi domenii de cercetare ale mecanicii cuantice și un domeniu care continuă să furnizeze noi perspective și aplicații. Odată cu apariția electrodinamicii cuantice a cavităților și a circuitelor, putem acum obține cuplari puternice de lumină-materie, care formează baza majorității implementărilor tehnologiei cuantice. Dar procesarea informațiilor cuantice are, de asemenea, cerințe mari, care necesită rate totale de eroare de fracții de procent pentru a fi scalabilă (tolerantă la erori) la aplicații utile. Deoarece erorile pot apărea și din modelare, acest lucru a adus în centrul atenției una dintre aproximările cheie ale teoriei cuantice, Aproximarea undelor rotative (RWA) a modelului cuantic Rabi, care a condus la Hamiltonianul Jaynes-Cummings. În timp ce RWA este adesea foarte bun și incredibil de util pentru a înțelege interacțiunile lumină-materie, există, de asemenea, dovezi experimentale tot mai mari ale regimurilor în care este o aproximare proastă. Aici, punem și răspundem la o întrebare mai grea: pentru care parametri experimentali este RWA, deși poate calitativ adecvat, nu este deja suficient de bun pentru a se potrivi cerințelor tehnologiei cuantice scalabile? De exemplu, când eroarea este cel puțin și când este cel mult 1%? Pentru a răspunde la aceasta, dezvoltăm limite riguroase non-perturbative care îmblânzesc RWA.
Constatăm că aceste limite nu depind numai, așa cum era de așteptat, de raportul dintre puterea de cuplare și frecvența oscilatorului, ci și de numărul mediu de fotoni în starea inițială. Acest lucru confirmă experimentele recente privind schimbările Bloch-Siegert îmbrăcate cu fotoni. Susținem că, cu experimente care raportează stări controlabile ale cavității cu sute de fotoni și cu coduri de corectare a erorilor cuantice care explorează tot mai mult spațiul Fock, această dependență de stare a RWA este din ce în ce mai relevantă pentru domeniul calculului cuantic, iar rezultatele noastre deschid calea. spre o mai bună înțelegere a acestor experimente.

Taming the Rotating Wave Approximation PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Imagine prezentată: interacțiunile lumină-materie au reprezentat un motor major în fizica cuantică timp de o jumătate de deceniu. Adesea, atomii sunt plasați în cavități pentru a-și amplifica puterea efectivă de cuplare cu fotonii. Aici, arătăm că aproximarea undei rotative nu este determinată numai de o astfel de putere de cuplare și de frecvența antrenării, ci și de numărul de fotoni (descriși naiv ca sfere de aur) din cavitate.

[Conținutul încorporat]

► Date BibTeX

► Referințe

[1] II Rabi, JR Zacharias, S. Millman și P. Kusch, O nouă metodă de măsurare a momentului magnetic nuclear. Physical Review 53, 318 (1938).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.53.318

[2] II Rabi, Cuantizarea spațiului într-un câmp magnetic rotativ. . Physical Review 51, 652 (1937).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.51.652

[3] Google Academic raportează aproape un milion de accesări.

[4] F. Bloch și A. Siegert, Rezonanța magnetică pentru câmpuri nerotative. Physical Review 57, 522 (1940).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.57.522

[5] JH Shirley, Rezolvarea ecuației Schrödinger cu o periodică hamiltoniană în timp. Physical Review 138, B979 (1965).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.138.B979

[6] U. Haeberlen și JS Waugh, Coerent Averging Effects in Magnetic Resonance. Physical Review 175, 453 (1968).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.175.453

[7] GS Agarwal, Aproximarea undelor rotative și emisia spontană. Physical Review A 7, 1195 (1973).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.7.1195

[8] D. Burgarth, P. Facchi, G. Gramegna și K. Yuasa, One bound to govern them all: from Adiabatic to Zeno. Quantum 6, 737 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-06-14-737

[9] E. Jaynes și F. Cummings, Comparația teoriilor cuantice și semiclasice ale radiațiilor cu aplicarea la maserul fasciculului. Proceedings of the IEEE 51, 89 (1963).
https: / / doi.org/ 10.1109 / PROC.1963.1664

[10] J. Larson și T. Mavrogordatos, The Jaynes-Cummings model and its descendants modern research directions. Editura IoP (2021).

[11] P. Forn-Díaz, J. Lisenfeld, D. Marcos, JJ García-Ripoll, E. Solano, CJPM Harmans și JE Mooij, Observarea schimbării Bloch-Siegert într-un sistem Qubit-Oscillator în regimul de cuplare ultraputernică. Physical Review Letters 105, 237001 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.237001

[12] X. Li, M. Bamba, Q. Zhang, S. Fallahi, GC Gardner, W. Gao, M. Lou, K. Yoshioka, MJ Manfra și J. Kono, Vacuum Bloch-Siegert shift in Landau polaritons with ultra- cooperare ridicată. Nature Photonics 12, 324 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-018-0153-0

[13] A. Frisk, A. Miranowicz, S. De Liberato, S. Savasta și F. Nori, Ultrastrong coupling between light and matter. Nature Review Physics 1, 19 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-018-0006-2

[14] D. Pereți, efecte de ordin superior în interacțiunea modului de câmp unic atomic. Litere de fizică A 42, 217 (1972).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(72)90867-5

[15] S.-P. Wang, G.-Q. Zhang, Y. Wang, Z. Chen, T. Li, JS Tsai, S.-Y. Zhu și JQ You, Bloch-Siegert îmbrăcat cu fotoni se schimbă într-un sistem electrodinamic cuantic cu circuit ultraputernic. Revizuirea fizică aplicată 13 ,054063 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.13.054063

[16] RR Puri, Metode matematice de optică cuantică. Springer (2011).

[17] Motivul pentru care ne concentrăm pe timpii scurti aici este o cerință pur tehnică din dovezi (vezi Anexa). Într-adevăr, cifrele arată că erorile sunt și mai mari pentru perioadele generice ulterioare.

[18] D. Gottesman, Oportunități și provocări în calculul cuantic tolerant la erori. arXiv:2210.15844 (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2210.15844
arXiv: 2210.15844

[19] A. Grimsmo și S. Puri, Corectarea erorilor cuantice cu codul Gottesman-Kitaev-Preskill. PRX Quantum, 2, 020101 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020101

[20] B. Vlastakis, G. Kirchmair, Z. Leghtas, SE Nigg, L. Frunzio, SM Girvin, M. Mirrahimi, MH Devoret și RJ Schoelkopf, Codificarea deterministică a informațiilor cuantice folosind 100-Photon Schrödinger Cat States. Science 342, 607 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1243289

[21] D. D'Alessandro, Introducere în controlul cuantic și dinamică, CRC Press (2020).

[22] T. Chambrion, Periodic excitations of bilinear quantum systems. Automatica 48, 2040 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.automatica.2012.03.031

[23] N. Augier, U. Boscain și M. Sigalotti, Controlul adiabatic eficient al unui Hamiltonian decuplat obținut prin aproximarea undei rotative. Automatica 136, 110034 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.automatica.2021.110034

[24] R. Robin, N. Augier, U. Boscain și M. Sigalotti. Controlabilitatea ansamblului qubit cu un singur control prin aproximații adiabatice și rotative ale undelor. Journal of Differential Equations 318, 414 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.jde.2022.02.042

[25] M. Reed și B. Simon. Metode ale fizicii matematice 1. Analiza functionala. Presa Academică (1980).

[26] M. Reed și B. Simon. Metode ale fizicii matematice 2. Analiza Fourier, autoajutorare. Presa Academică (1975).

Citat de

[1] Neil Dowling, Kavan Modi, Roberto N. Muñoz, Sukhbinder Singh și Gregory AL White, „Process Tree: Efficient Representation of Quantum Processes with Complex Long-Range Memory”, arXiv: 2312.04624, (2023).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2024-02-21 13:11:22). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2024-02-21 13:11:20: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2024-02-21-1262 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent.

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic