Quantum-Bath Decoherence of Hybrid Electron-Nuclear Spin Qubits
实现可扩展固态量子计算面临的一个主要问题是克服退相干--当量子比特与其环境相互作用时，编码在量子比特中的相位信息丢失的过程。由于大量的环境自由度，准确计算退相干时间$T_2$是具有挑战性的，特别是当量子位和环境高度相关时。杂化或混合的电子-核自旋量子比特，例如硅中的施主，具有“最佳工作点”（OWP），其是用于降低磁场中的退相干的最佳点。以前对OWP附近$T_2$急剧变化的分析是基于对经典噪声的不敏感性，即使混合量子位位于高度相关的量子环境中，例如$^{29}$ Si杂质的核自旋浴。这使得对退相干机制的理解有限，并且对$T_2$给出了不可靠的预测。我提出了量子多体计算的量子位浴动力学，其中（一）产量$T_2$的混合量子位在多个制度的实验非常一致，（二）阐明核自旋浴的多体性质和（三）暴露量子浴和经典场退相干之间的显着差异。为了实现这些，集群的相关性扩展进行了调整，包括电子-核状态混合。此外，对铋施主作为混合量子比特的核自旋池进行了实验分析，推导出了$T_2$的简单解析公式，预测结果与实验一致，并将建立的动力学解耦方法与近OWP操作相结合，以最大化$T_2$。最后，研究了$^{29}$ Si自旋在接近混合量子比特处的退相干，以确定其用作量子寄存器的可行性。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Discrimination of Ohmic thermal baths by quantum dephasing probes
我们解决的歧视，结构化浴在不同的温度下，通过退相量子探针。我们推导出精确的约化动力学，并评估了三种不同类型的量子探针，即一个量子位，一个qutrit和两个量子位组成的量子寄存器，可实现的最小错误概率。我们的研究结果表明，退相量子探针是有用的，在区分低的温度值，并实现了较低的概率的错误的中间值的相互作用时间。在鉴别任务中，qutrit探针的性能优于qubit探针，而由两个qubit组成的寄存器与顺序使用的两个单个qubit相比没有任何优势。
2020-08-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
From Zeno to anti-Zeno: decoherence-control dependence on the quantum statistics of the bath
我们证明，通过精确的解决方案，自旋浴导致更强（更快）退相的量子比特比玻色子浴具有相同的浴耦合光谱。这种差异是由于纺丝浴“敷料”的耦合。因此，浴槽的量子统计强烈影响将量子位从其浴槽动态解耦所需的脉冲序列。
2010-12-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phononic bath engineering of a superconducting qubit
本研究将超导量子比特耦合到压电表面声波声子库，通过调控声子耗散塑造量子比特损耗谱，实现了叠加态的制备与动力学稳定，为开放量子系统研究提供新平台，深化了对超导量子比特机械损耗的认知。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum many-body theory of qubit decoherence in a finite-size spin bath. II. Ensemble dynamics
自旋浴中中心自旋或量子比特的退相干本质上是由多体浴演化决定的。浴动力学可以从纯态开始，或者更一般地，从统计系综开始。在上一篇文章中[W. Yang和R. B. Liu，Phys. Rev. B \textbf{78}，085315（2008）]，我们已经开发了用于从可因子化纯态启动的所谓单样本浴动力学的簇相关展开（CCE）理论。在这里，我们提出了系综CCE理论，它基于单样本CCE的类似思想：浴演变被分解为所有可能的集群相关性的产物，其中每一个都占了真实的（不可因式分解的）一组浴自旋的集体激发，并且对于量子位退相干问题中的有限时间演化，通过保持簇相关性达到一定大小来截断系综CCE，可以获得收敛的结果。系综CCE和单样本CCE之间的区别在于，在后一种形式中，在前一种情况下，不可能对浴中自旋-自旋相互作用的对角部分进行平均场处理。系综CCE可以应用于不可因式分解的初始状态。系综CCE检查对XY纺丝浴模型的精确解。对于小的旋转浴，它表明，单样本动力学是敏感的采样的初始状态从热合奏，因此非常不同的合奏平均。
2009-02-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Qubit interference at avoided crossings: The role of driving shape and bath coupling
我们推导出了量子比特的Landau-Zener-Stückelberg-Majorana（LZSM）干涉图样的结构，该量子比特经历量子耗散，并且还受到时间周期性的但在其他方面一般的驱动。自旋玻色子哈密顿量作为模型，我们处理的布洛赫-Redfield主方程在Floquet基础。它预测了一个峰值结构，该结构敏感地依赖于量子位耦合到浴槽的算子。傅立叶变换的LZSM图案表现出弧形结构，反映了驱动的形状。这些功能被捕获的一个有效的时间无关的布洛赫方程，提供了一个解析解。此外，我们确定这些电弧的衰减作为耗散强度和温度的函数。
2014-09-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Discrimination of thermal baths by single qubit probes
与热浴接触的量子系统的非平衡态有助于区分不同温度或不同统计的环境。我们将这些研究扩展到一个更通用的问题，即在不平等的温度下区分两个不同成分的浴缸。值得注意的是，存在的温度制度，在初始状态准备的相干性的存在是有益的歧视能力。我们还发现，非平衡态并不是普遍最佳的，并详细说明了条件，在这种条件下，它变得方便，等待完全热化的探头。这些概念在线性光学模拟中示出。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of a two-qubit system with a variable bath coupling operator
我们研究了一个非对称双量子比特系统的退相干，该系统通过一个可调相互作用项耦合到一个公共浴或两个单独的谐振子浴。耗散动力学的评估使用布洛赫Redfield形式主义。结果表明，退相干效应的行为主要受与环境和温度耦合的量子比特算符之间的不同对称性的影响，而两种浴配置之间的差异很小。此外，它阐述了量子比特参数的小缺陷不会导致退相干率的急剧增强。
2005-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Long-time relaxation of a finite spin bath linearly coupled to a qubit
本文研究量子比特与有限N自旋浴的长时间弛豫，发现量子比特指数衰减至零温态，而浴自旋形成峰值在初始量子比特频率处的洛伦兹分布。
2023-07-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Distinguishing Quantum and Classical Baths via Correlation Measurements
对宏观系统中量子力学效应的研究对于阐明向经典世界的过渡在何处以及如何出现的问题具有极大的意义。确定浴槽使量子位失相是否可以经典地描述或需要量子力学处理也具有实际意义。我们提出了一个测量方案，通过相关测量来检测量子反作用，以回答这个问题的浴耦合到一个单一的量子比特。反作用的存在导致后续初始化-演化-读出周期的相关性依赖于其间如何操纵量子位。我们计算的自相关函数的一个指导性的自旋模型和现实的情况下，电子自旋耦合到一个浴的$10^6$核自旋，发现在门控GaAs量子点，并显示，从量子位到核自旋浴的反作用应该是可检测的，即使在这样一个大的系统。
2014-02-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrasensitive calorimetric detection of single photons from qubit decay
我们描述了一个量子位线性耦合到一个热浴，无论是直接或通过一个腔。本文的主要重点是在现实电路中的量热检测，特别是耦合到电阻器作为吸收体的固态量子比特。在模型中的浴形成的振荡器最初在基态的能量和耦合强度的分布。一个直接的数值解薛定谔方程的整个系统，包括$10^6$振荡器在浴验证预期的衰减过程。我们定量地解决了量子位和浴分离的问题，通过在两者之间添加一个腔，通过失谐，可以将衰减速率调整到一个方便的制度，用于检测目的。最重要的是，我们建议将量子分裂为两个未耦合的浴，并对它们的温度进行互相关测量。这种技术显著地提高了量热计的信噪比。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effect of a gap on the decoherence of a qubit
我们重新审视的问题的退相干和弛豫的中心自旋耦合到一个浴的传导电子。我们考虑了金属和半导体两种镀液，研究了镀液态密度（DOS）中的能隙对中心自旋密度矩阵随时间演化的影响。我们用两种弱耦合近似方法研究了退相干。在低温下，尽管在金属浴的情况下，退相干速率的温度依赖性是相同的，而与浴的细节无关，但对于半导体浴，情况并非如此。我们还计算了弛豫和退相干率作为外部磁场的函数施加在中心自旋和浴。我们发现，在间隙的存在下，存在着一定的领域，令人惊讶的是，金属浴具有较低的弛豫和退相干率比半导体浴。
2013-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Highly Controllable Qubit-Bath Coupling Based on a Sequence of Resonators
对抗噪声的有害影响仍然是实现可扩展量子计算机的主要挑战。为了帮助解决这一挑战，我们介绍了一个模型，实现了一个可控的量子位浴耦合使用一系列的LC谐振器。该模型建立了一个强耦合的低温环境，使我们能够降低有效的量子位温度，使基态初始化更有效。其工作原理类似于最近提出的共面波导腔（CPW）系统，我们的工作为此引入了一种互补且方便的实验实现。这里使用的集总元件模型提供了一个容易获得的理论描述。我们提出了一些实验可行的参数制度的解析解，并研究了控制机制。最后，我们介绍了我们的模型和最近的CPW系统之间的映射。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Revealing the system-bath coupling via Landau-Zener-Stückelberg interferometry in superconducting qubits
在这项工作中，我们提出了一种方法来揭示类型的环境噪声在强驱动的超导磁通量子比特通过分析的朗道-齐纳-Stückelberg（LZS）干涉。我们研究了直流+交流磁场驱动下磁通量子比特的两能级和多能级动力学。我们发现，LZS干涉图案表现出定义良好的多光子共振，其形状强烈依赖于时间尺度和耦合到量子浴的类型。对于横向系统浴耦合的情况下，n-光子共振是窄的，几乎对称的直流磁场的几乎所有的时间尺度，而在纵向耦合的情况下，他们表现出从一个广泛的对称到反对称形状的弛豫时间的顺序的时间的变化。我们发现这种动态行为相关的解释几个LZS干涉实验中的固定制度是不完全达到。
2019-06-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controlled dynamics of qubits in the presence of decoherence
研究了含时磁场作用下单量子比特态和双量子比特态与自旋池相互作用系统的退相干问题。磁场沿$\hat{z}$方向是静态的，在横向平面内是振荡的。结果表明，单个量子位自旋态之间的跃迁几率和拉比振荡依赖于量子池的大小、量子位-量子池耦合的分布以及量子池的初始极化.与短时间内的快速高斯衰减相反，量子比特的偏振在长时间内表现出振荡的幂律衰减。对于最大纠缠的两量子比特态，可以通过调节旋转场的频率来控制纠缠的损失。当量子比特之间没有相互作用时，所有Bell态的纠缠度和纯度的衰减率是相同的，而当它们相互作用时，纠缠度和纯度的衰减率是不同的。
2007-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Controllable freezing of the nuclear spin bath in a single-atom spin qubit
半导体中电子自旋量子比特的量子相干性和门保真度通常受到与核自旋浴耦合产生的噪声的限制。自旋零核如$^{28}$ Si的同位素富集已经导致退相时间$T_2^*$的惊人改善，令人惊讶的是，其可以超出理论预期的两个数量级。使用一个单原子$^{31}$ P量子比特在丰富的$^{28}$ Si，我们表明，异常长的$T_2^*$是由于可控冻结的剩余$^{29}$ Si核靠近施主的动力学。我们的结论得到了支持的$^{29}$ Si核自旋动力学，这揭示了电子自旋提供的反作用的程度，因为它与核浴相互作用的几乎无参数的建模。这项研究澄清了遍历假设在分析强，频繁测量条件下的多体自旋问题的局限性，并提供了新的策略，最大限度地提高半导体自旋量子位的相干性和门保真度。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence induced by a sparse bath of two-level fluctuators: peculiar features of $1/f$ noise in high-quality qubits
本文研究了稀疏双能级涨落子浴对高质量量子比特的退相干作用，发现尽管不同浴实现产生相似的$1/f$噪声功率谱，但相干时间差异巨大，且仅由少数特殊涨落子主导。
2024-04-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum thermodynamic functions for an oscillator coupled to a heat bath
小型系统（在纳米物理学、量子信息等领域感兴趣）特别容易受到环境影响。因此，我们确定各种热力学函数的振荡器在任意温度下的任意热浴。最常见的讨论热浴模型：欧姆，单弛豫时间和黑体辐射的明确结果。
2007-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Coupled qubits as a quantum heat switch
我们提出了一种基于耦合超导量子位的量子热开关，连接到两个$LC$谐振器，由电阻提供两个热浴终止。为了描述该系统，我们使用标准的二阶主方程相对于耦合到浴。我们发现，该系统可以作为一个有效的热开关所施加的磁通量控制。通量影响系统的能级分离，并且在某些条件下，量子位的有限耦合在现实条件下将两个浴之间的传输功率提高了一个数量级。同时，由耦合的量子位形成的开关的最大功率处的带宽变窄。
2017-03-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Gauging a quantum heat bath with dissipative Landau-Zener transitions
我们计算了量子比特在零温度下与水浴任意线性耦合时的朗道-齐纳跃迁几率。最后的量子态在量子比特和浴之间表现出一种特殊的纠缠。在对角耦合的特殊情况下，无论朗道-齐纳扫描的速度如何，浴都不会影响跃迁概率。建议使用Landau-Zener跃迁来确定浴的重组能和积分谱密度。可能的应用包括电路QED和分子纳米磁体。
2006-08-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Measurement of back-action from electron spins in a gate defined GaAs double quantum dot coupled to a mesoscopic nuclear spin bath
量子系统与环境相互作用产生的退相干是理解量子和经典世界之间的过渡以及量子技术应用中的性能限制的关键概念。大型弱耦合环境的效应通常被描述为经典的波动场，其动力学不受量子比特的影响，而完全量子描述仍然意味着量子比特对环境的一些反作用。在这里，我们显示了直接的实验证据，这种反作用的电子自旋量子位在GaAs量子点耦合到介观环境的顺序$10^6$核自旋。通过相关测量技术，我们检测到一个单一的量子位的环境相互作用，其持续时间是可比的量子位的相干时间，即使在这样一个大的系统的反作用。我们反复让量子位与自旋浴相互作用并测量其状态。在这样的周期之间，量子比特被重新初始化为不同的状态。测量结果的相关性受到中间量子比特态的强烈影响，这揭示了单个电子自旋对核自旋的作用。
2020-07-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence induced by an ordered environment
这封信讨论了有限温度下弱耦合到库中的量子比特的时间演化，库具有长程序的对称破缺态。特别是，我们的有序水库模型的标准BCS超导体与s波配对。我们研究了量子比特的约化密度矩阵，分别采用了无时间卷积近似和Nakajima-Zwanzig近似。我们研究了量子比特和超导浴之间的不同类型的耦合。我们发现，在超导浴有序一般会导致一个不利的非马尔可夫快于指数衰减的量子比特的相干性。另一方面，量子位与浴的无序扇区的耦合可以导致量子位的马尔可夫退相干，退相干速率急剧降低。由于这些行为是有序相特有的，量子比特可以作为其环境中连续相变的有用探针。我们还简要讨论了我们的主要结果的有效性，即对于耦合到有限温度下具有自发破缺连续对称性的一般有序浴的量子位，量子位相干性的衰减速度比指数衰减更快。
2013-04-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Dissipative Landau-Zener transitions of a qubit: bath-specific and universal behavior
我们研究了零温下量子位耦合到水浴中的Landau-Zener跃迁。导出了适用于非简并基态模型的一般公式。我们计算了耦合到玻色子或自旋浴的量子比特的精确跃迁几率。浴槽和量子位浴槽耦合的性质反映在跃迁概率中。对于对角耦合，当浴引起非绝热量子比特态的能量波动但它们之间没有跃迁时，跃迁概率与孤立量子比特的标准LZ概率一致。这个结果是通用的，因为它不依赖于特定类型的浴。相反，对于纯非对角耦合，隧穿概率对耦合强度敏感。我们讨论了我们的实验结果的相关性分子纳米磁体，在电路QED，和超导相位量子比特的快脉冲读出。
2007-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Influence of qubits' nonradiative decay into a common bath on the transport properties of microwave photons
我们考虑了量子比特的非辐射阻尼对光子在开放的一维微带线中的微波输运的影响。在非厄米哈密顿量的形式主义的框架内，我们得到了两个量子比特的透射和反射系数的表达式，这些表达式明确地解释了由于非辐射衰变到公共浴中而引起的量子比特之间的间接相互作用。它表明，这种相互作用导致的结果是显着不同的那些已经知道的
2017-08-29 cond-mat.mes-hall
Green's functions perspective on nonequilibrium thermodynamics of open quantum systems strongly coupled to baths
我们给出了非平衡格林函数（NEGF）的观点，热力学公式的开放量子系统强烈耦合到浴。散射的方法意味着热力学考虑的一个超级系统（系统加浴）弱耦合到外部超级浴相比，考虑热力学的一个系统强耦合到它的浴。我们分析这两种方法从NEGF的角度来看，并认为后者产生的热力学配方与动力学（量子输运）描述一致的可能性。
2020-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Optimal qubit-mediated quantum heat transfer via noncommuting operators and strong coupling effects
本研究通过反应坐标映射方法，发现在量子比特介导的热传输中，弱耦合下需相同且共振的耦合算符实现最优传输，而强耦合下则必须依赖热库间的非对易耦合算符。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Entanglement between charge qubits induced by a common dissipative environment
我们研究了两个电荷量子比特在普通玻色子环境（欧姆浴）中由于强耦合而产生的纠缠。与玻色子浴的耦合是量子噪声（导致退相干）和量子比特之间的间接相互作用的来源。其结果是，两种效果竞争作为与浴耦合强度的函数：纠缠产生和浴诱导的电荷本地化。这两种竞争效应导致了作为与浴的耦合强度的函数的共存的非单调行为。作为应用，我们给出了基于双量子点的电荷量子比特的结果。
2007-10-18 cond-mat.mes-hall
Steady-state entanglement of spatially separated qubits via quantum bath engineering
我们提出了一个方案，用于驱动二聚体的空间分离的量子比特到一个最大的纠缠非平衡稳态。量子比特之间的光子介导的延迟相互作用是通过将它们耦合到两个隧道耦合泄漏腔来实现的，其中每个腔由相干微波音调驱动。所提出的冷却机制依赖于在量子比特子系统的么正动力学和驱动耗散动力学之间取得正确的平衡。我们将二聚体映射到耦合到非平衡浴的有效横向场XY模型，该非平衡浴可以通过选择驱动频率和振幅来适当地设计。我们表明，单重态和三重态都可以得到显着的结晶度。所提出的协议可以用最近实验实现的超导电路架构来实现，并为实现任意长寿命的大规模纠缠系统铺平了道路。
2014-12-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Decoherence of two entangled spin qubits coupled to an interacting sparse nuclear spin bath: application to nitrogen vacancy centers
我们考虑电子自旋量子比特与稀疏核自旋相互作用的贝尔态的纯退相。利用新发展的两量子比特推广的团簇关联展开方法，计算了不同量子比特间距下$|Ψ\rangle$和$|Φ\rangle$态的自旋回波衰减.将结果与其中每个量子比特的失相被独立处理的计算进行比较，我们确定了浴的公共部分对两个量子比特的影响的签名。在大的量子位间距下，这个公共部分由许多弱耦合到两个量子位的原子核组成，因此由它引起的退相干可以通过考虑多个不相关的噪声源（原子核簇）来建模，每个噪声源都对量子位产生微弱的影响。因此，所产生的真正的两个量子比特对退相干的贡献可以被描述为由经典高斯噪声引起的。另一方面，对于小的量子位间距，环境的公共部分包含与两个量子位强耦合的自旋簇，并且它们对两个量子位退相的贡献具有明显的非高斯特性。通过比较$|Ψ\rangle$和$|Φ\rangle$ Bell态的退相，我们可以很容易地得到环境噪声对量子比特影响的非高斯性信息.数值计算了两个氮空位中心与自然浓度的$^{13}$ C原子核相互作用的结果，得到了对于相距约3 nm的中心，环境噪声相关部分的高斯描述开始成立.
2018-06-27 cond-mat.mes-hall
Thermal power of heat flow through a qubit
在本文中，我们考虑热流通过两个浴之间的量子位的热功率。浴被建模为一组谐振子最初在平衡，在两个温度。热量定义为冷浴能量的变化，热功率定义为长时间极限下单位时间内的期望热量。量子位和浴如自旋玻色子模型中那样相互作用，即通过量子位算子$σ_z$。我们计算热功率的近似类似于“非相互作用的光点”（NIBA），并表示它在极化子图片作为产品的关联函数的两个浴，和时间导数的关联函数的冷浴。在弱相互作用的限制下，我们恢复已知的结果在两个浴的关联函数的总和，一个关联函数的冷浴，和能量分裂。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Quantum thermodynamics of the resonant-level model with driven system-bath coupling
本文研究了与费米子池具有任意耦合强度的费米子共振能级模型中的非平衡态热力学。与以前的理论相比，我们考虑一个系统的能级能量和耦合强度都显着依赖于时间。我们发现，即使在这种广义模型中，通过在系统和浴之间对称地分离耦合能量，也可以获得一致的热力学定律，直到驱动速度的二阶。我们定义了系统的能量，功，热和熵的观测量，并使用非平衡格林函数计算它们。我们发现，这些观测量满足热力学热力学定律，并与已知的平衡态结果平滑地联系在一起。
2017-12-06 cond-mat.mes-hall
Conduction electrons and the decoherence of solid state qubits
研究了半导体中杂质束缚电子与导带电子相互作用的动力学。仅考虑交换交互作用。在常用的玻恩近似和马尔可夫近似下，我们导出了单量子比特和双量子比特系统的密度矩阵的主方程。在两个量子比特的情况下，浴介导的RKKY相互作用自然产生。仅当量子位间距与浴电子的热deBroglie波长的比率（$R_{T}$）小时，它才导致显著的能量偏移。这种浴介导的相互作用也对退相干时间有深远的影响;随着$R_{T}$的增加，这种影响单调下降。
2006-03-10 cond-mat.mes-hall
Simulating quantum thermodynamics of a finite system and bath with variable temperature
我们构建了一个有限的浴与可变温度的量子热力学模拟，其中热流动之间的系统$\mathcal{S}$和浴环境$\mathcal{E}$的初始$\mathcal{SE}$纯态的时间演化。浴槽由谐振子组成，谐振子不一定相同。考虑不同数量的振荡器的浴;在模拟中使用具有五个振荡器的浴。该浴具有类似温度的水平分布。这导致定义了随时间变化的系统环境微正则温度$T_\mathcal{SE}(t)$。量子态向类热的平衡态演化，但与适用于无限量子浴（例如，相同振荡器的无限系统）的普通能量-温度关系存在显著偏差。也有偏离爱因斯坦的量子热容量。对于给定的能量，有限浴的温度系统地大于无限浴的温度，并且随着振荡器数目的增加而渐近地接近后者。这表明，这些有限尺寸效应的实现可能会达到在小分子的计算和实验动力学。
2019-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Bath engineering of a fluorescing artificial atom with a photonic crystal
我们演示了如何超导量子比特和微波光子晶体之间的耗散相互作用可以用于量子浴工程。该光子晶体具有阶跃阻抗传输线，该阶跃阻抗传输线抑制和增强态的量子谱密度，影响传输子电路的衰减跃迁。量子位通过与腔的色散耦合间接地与传输线相互作用。我们从量子比特的幺正动力学和耗散动力学两个方面描述了光子晶体的态密度。当量子比特被驱动时，它耗散到光子晶体的频率相关的态密度中。我们的结果是确定性地制备了量子比特叠加态作为光子晶体带边附近的相干驱动和耗散的稳态，并利用量子态层析对其进行了表征。我们的研究结果突出了如何从光子晶体多模环境形成量子控制的资源。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Dynamical suppression of fluctuations in an interacting nuclear spin bath of a self-assembled quantum dot using multiple pulse nuclear magnetic resonance
量子点中的电子自旋量子比特相干性最终受到随机核自旋浴涨落的限制。在这里，我们的目标是消除这种随机性，使纺丝浴演变确定性。我们引入自旋浴控制序列，系统地结合哈恩和固体回声，以抑制非均匀加宽和核-核相互作用。对自组装量子点的实验表明，核自旋相干性增加了五倍。数值模拟表明，这些序列可以用来抑制点缺陷和掺杂自旋系统中通过量子位-量子位相互作用引起的退相干。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall
Two coupled qubits interacting with a thermal bath: A comparative study of different models
我们研究了两个相互作用的量子比特系统，其中一个量子比特是孤立的，另一个量子比特耦合到热库。我们考虑两种不同的模型的系统水库相互作用：i）一个“微观”模型，其中的主方程推导出考虑到两个子系统（量子比特）之间的相互作用，ii）一个天真的“唯象”模型，其中的主方程由一个耗散项添加到幺正演化项。我们研究了强耦合和弱耦合机制（量子比特-量子比特相互作用）以及不同温度的库中的量子量子纠缠、量子不和谐和孤立量子比特的线性熵等量的动力学。我们发现，即使在弱耦合制度从两个模型得到的结果之间的显着分歧。例如，我们表明，根据唯象模型，孤立的量子比特将在更高的温度下更慢地接近最大混合态（非物理结果），而微观模型预测了相反的行为（正确的结果）。
2016-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Quantum dynamics of a qubit coupled with structured bath
利用基于幺正变换的微扰理论研究了具有洛伦兹谱密度的无偏自旋玻色子模型的动力学。计算了非共振情况$Δ\lesssim 0.5Ω$和共振情况$Δ\sim Ω$的非平衡关联函数$P(t)$和磁化率$χ^{\prime\prime}(ω)$。通过Shiba关系式和求和法则对该方法进行了检验。此外，还可以确定相干-非相干转变点$α_c$，这是以前的作者没有证明的结构化浴据我们所知。
2007-10-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Non-Markovian dynamics of a biased qubit coupled to a structured bath
基于幺正变换和密度算符的非马尔可夫主方程，提出了一种超越旋波近似的新的分析方法，用于处理零温下任意失谐的具有洛伦兹结构浴的偏置自旋玻色子模型.与零偏置相比，非零偏置时的动力学行为表现出两个额外的阻尼振荡频率和一个额外的弛豫频率，其中一个阻尼振荡频率是一个新的效应。非马尔可夫动力学和相应的频谱，局域-离域的过渡点，相干-非相干的过渡点，分析的基态能量，重整化隧道因子和磁化率的解析表达式被确定。在相干态下检验了求和规则和Shiba关系。
2009-10-15 cond-mat.mes-hall
Performance comparison of dynamical decoupling sequences for a qubit in a rapidly fluctuating spin-bath
避免量子力学态的相干性损失是量子信息处理的重要前提。动态退耦（DD）是保持相干性的最有效的实验方法之一，特别是当人们只能访问量子比特系统而不能访问其环境（浴）时。它涉及对系统施加脉冲，其净效应是系统-环境相互作用的逆转。然而，在任何真实系统中，环境都不是静态的，因此如果重聚焦脉冲之间的间隔变得与环境的相关时间相当或比环境的相关时间更长，则系统-环境相互作用的反转变得不完美。因此，如果脉冲之间的间隔减小，则重新聚焦的效率提高。在这里，我们量化不同的DD序列在保持不同的量子态的效率。我们使用13 C核自旋作为量子比特，1H核自旋作为环境，通过磁偶极-偶极耦合耦合到量子比特。质子自旋之间的强偶极-偶极耦合导致快速波动的环境，相关时间为100 us。我们的实验结果表明，脉冲之间的短延迟产生更好的性能，如果他们相比，浴相关时间。然而，当脉冲间隔变得比浴相关时间短时，达到最佳。对于甚至更短的延迟，脉冲不完整性超过退相干损失并导致量子态衰减。
2010-09-28 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.gen-ph
Weak coupling study of decoherence of a qubit in disordered magnetic environments
研究了弱耦合量子比特与受抑自旋池的退相干。我们专注于自旋浴描述的经典伊辛自旋玻璃和量子随机横向伊辛模型，已知有复杂的热力学相图作为外部磁场和温度的函数。使用数值和分析方法相结合，我们表明，浴初始在热平衡，所产生的退相干是高度敏感的耦合到环境的性质，是定性不同的相图的不同部分。我们发现，当随机横向伊辛模型浴准备在一个初始状态，其特征在于由一个有限的温度顺磁体的一个意想不到的强非马尔可夫衰减的相干性。这是相反的指数衰减（马尔可夫）预计在有限温度顺磁相的自旋浴通常的情况下，从而说明了相互作用的量子自旋浴的潜在的非平凡的动力学的重要性。
2010-07-13 cond-mat.mes-hall
Semi-classical model for the dephasing of a two-electron spin qubit coupled to a coherently evolving nuclear spin bath
在自旋回波条件下，研究了双电子双量子点中由于超精细相互作用引起的电子自旋退相干。我们建立了一个电子与核自旋相互作用的半经典模型，其中由核自旋诱导的含时Overhauser场被视为经典矢量变量。与实验获得的回波信号的模型的比较，使我们能够量化的各种过程，如相干拉莫尔进动和自旋扩散的核自旋演化的贡献。
2011-09-05 cond-mat.mes-hall
Thermodynamic performance of a periodically driven harmonic oscillator correlated with the baths
我们考虑一个谐振子在周期驱动下，耦合到两个不同温度的谐振子热浴。我们使用的热场变换与链映射，这使我们能够研究系统和浴的统一的演变时，出现在系统中的周期性稳定状态。我们的特点是这种周期性的稳定状态，我们表明，通过调整系统和浴参数，可以把这个系统从一个引擎的加速器，甚至加热器。研究系统和浴池的整体演化的可能性也使我们能够评估系统和浴池之间建立的稳定相关性，以及浴池之间增长的相关性。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Qubit coherence control in a nuclear spin bath
半导体中局域自旋的相干动力学受到晶格核自旋偶极涨落引起的光谱扩散的限制。在这里，我们将核自旋I=1/2的光谱扩散的半经典理论扩展到与III-V族材料相关的高核自旋，并表明以与核自旋量子数平方（I^2）近似成比例的速率施加连续的量子比特π旋转提供了一种有效的相干增强方法。因此，在III-V族化合物所特有的大自旋环境中，如果π脉冲可以以I^{-2}的间隔产生，那么在不诉诸核自旋极化的情况下，鲁棒的相干操纵是可能的。
2005-07-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Quantum thermodynamics of a charged magneto-oscillator coupled to a heat bath
本文给出了任意温度下带电磁振子与热浴耦合的各种量子热力学函数的显式结果。给出了三种常用热浴模型：欧姆模型、单弛豫时间模型和黑体辐射模型在极低和极高温度两种极限下不同QTF的可分辨表达式。主要结果是，磁场的影响在低温下很重要，但在高温下至关重要。据观察，耗散参数，$γ$，和回旋频率，$ω_c$，影响各种QTF的衰减或上升的行为，在低温下以相反的方式彼此。在高温状态下，$γ$的效果比$ω_c$显著得多。
2009-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photonic heat rectification in a coupled qubits system
我们从理论上研究了基于两个相互作用的磁通量子位耦合到两个热浴的量子热二极管。通过将量子位不对称地耦合到被建模为耗散$RLC$谐振器的储存器来实现热流的整流。我们发现量子位之间的相干相互作用可以用来提高整流因子，否则整流因子将受到浴温度和耦合的限制。对于实际系统参数，可以获得高达$\mathcal R \sim 3.5$的显著高的整流比值，与非相互作用的情况相比，具有高达$\sim 230\%$的增强。该系统具有操纵整流幅度和方向的可能性，允许增强或抑制流向所选浴的热流。对于该政权的参数，其中整流是最大化，我们发现一个显着增加的整流以上的临界相互作用值，对应于发病的非零纠缠系统。最后，我们讨论了整流因子对浴温和耦合的依赖性。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall
Path integral derivation of Bloch-Redfield equations for a qubit weakly coupled to a heat bath: Application to nonadiabatic transitions
量子信息处理极大地增加了人们对环境诱导退相干现象的兴趣。自旋玻色子模型被广泛用于研究自旋（模拟在双阱势中运动的量子粒子）与其环境（用谐振子的热浴模拟）之间的相互作用。本文将静态自旋玻色子研究中的一个分析推广到驱动自旋玻色子的情形，导出了约化自旋密度矩阵传播子随时间演化的精确积分微分方程。这是第一个主要结果。通过专门研究弱阻尼，我们得到了下一个结果，一组平衡固定自旋初始条件的Bloch-Redfield方程。最后，我们表明，这些方程可以用来解决经典的耗散Landau-Zener问题，并说明这些解决方案的弱阻尼的情况下。随着通过速度的增加，耗散的影响被认为是最小的，这意味着量子比特需要尽可能快地切换。
2004-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Qubit absorption refrigerator at strong coupling
我们证明了一个量子吸收制冷机可以实现从最小的量子系统，一个量子比特，通过耦合它在一个非添加剂（强）的方式到三个热浴。当耗散是加性的时，对于弱系统-浴槽耦合极限下的量子比特模型，该函数是不可达到的。在最佳设计中，储层被工程化并由单个频率分量表征。然后，我们得到封闭的表达式的冷却窗口和制冷效率，以及界限的最大冷却效率和效率在最大功率。我们的结果符合宏观设计和三能级模型的量子吸收制冷机，这是基于弱系统浴耦合假设。在最优极限之外，我们通过分析计算和数值模拟表明，冷却效率随模型参数以非普遍的方式变化。我们的工作表明，强耦合量子机可以表现出在弱系统浴耦合假设下无法实现的功能。
2017-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Non-Markovian signatures in the current noise of a charge qubit
我们研究了不同参数下耦合到声子池的电荷量子比特的电流噪声。我们发现，使用非马尔可夫系统的全计数统计理论，电流波动强烈的影响，从量子相干性和声子浴的动力学之间的相互作用产生的记忆效应。
2008-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Coherent backaction between spins and an electronic bath: Non-Markovian dynamics and low-temperature quantum thermodynamic electron cooling
我们提供了一个多功能的分析框架，用于计算自旋系统的动力学接触的费米子浴超越马尔可夫近似。该方法是基于二阶扩展的Nakajima-Zwanzig主方程，但系统地包括所有的量子相干记忆效应，导致非马尔可夫动力学。我们的结果描述了，对于自由感应衰减，完整的时间范围从非马尔可夫动力学在短时间内，众所周知的指数热衰减在长时间。我们提供了完整的分析结果，为整个时间范围内使用浴巡回电子作为一个原型的普遍量子波动。此外，我们提出了一个量子热力学方案，利用非马尔可夫衰变的温度不敏感性，将热量从电子系统中传输出去，从而通过重复重新初始化自旋簇，在非常低的温度下有效地冷却电子。
2019-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
