Active Quantum Memory Using Oscillating Dark States
提出了一种利用振荡暗态(ODS)实现原子系统中量子叠加态长时间主动存储的方法。当两对经典失谐激光场驱动三能级$Λ$组态原子系统在绝热条件下进入ODS时,系统的量子态在两个基态之间周期振荡.当考虑另一个绝热加载/卸载条件并将ODS的振荡应用于量子态存储时,令人惊讶的是,即使系统密度矩阵$γ_{21}$ $\cdot$ $t$ $ \gg$的相干项的衰减因子为1,我们也可以获得极大抑制的系统退相干和高保真度的恢复态。这种存储时间不再受原子系统相干衰减时间的限制,可以比无外加激光场的被动方案存储时间长数千倍。
2008-01-25 quant-ph
Validation of Quantum Adiabaticity through Non-Inertial Frames and Its Trapped-Ion Realization
绝热近似的有效性条件是理解和预测量子动力学的有用工具。值得注意的是,振荡量子系统中的共振现象对绝热定理提出了挑战。在这种情况下,在应用定量绝热条件的不一致性,导致了一系列的绝热性的新方法。在这里,通过采用不同的策略,我们通过将量子系统驱动到非惯性参考系来引入绝热近似的验证机制。更具体地说,我们开始考虑几个相关的绝热近似条件之前推导出,并表明,所有这些失败通过引入一个合适的振荡哈密顿量的一个量子位(qubit)。然后,通过评估的绝热条件在旋转的非惯性系,我们表明,所有这些条件,包括标准绝热条件,可以正确地描述绝热动力学在原始框架中,无论是远离共振或在共振点。此外,我们证明了这种验证机制可以扩展到一般的多粒子量子系统,建立绝热行为的等价性的条件,如在惯性或非惯性框架。为了实验研究我们的方法,我们考虑通过一个单一的捕获的镱离子$^{171}$ Yb $^{+}$,其中离子超精细能级被用作一个两能级系统的自由度的超精细量子比特。通过对量子演化的观测,我们明确地证明了非惯性系中绝热条件的一致性。
2018-10-05 quant-ph
Stabilizing quantum metastable states in a time-periodic potential
在这个演讲中,我们提出了一个模型来演示如何使用时间周期势来操纵系统的量子亚稳性。本文利用Floquet方法研究了势阱中具有周期性振荡势垒的粒子的亚稳态。结果表明,振荡的障碍,导致系统的衰减速度一般。然而,可以避免亚稳态的交叉,其中较不稳定的状态交叉到较稳定的状态。如果在静态阱中存在束缚态,则有可能通过递增势垒的振荡频率来稳定亚稳态,使得不稳定态最终交叉到稳定的束缚态。研究还发现,增加振荡场的振幅可以将态的直接交叉变为避免交叉。因此,人们可以通过组合振荡势垒的频率和振幅的绝热变化来操纵量子势中不同状态的稳定性。
2007-10-11 quant-ph
General conditions for a quantum adiabatic evolution
当一个物理系统在其演化过程中保持在哈密顿量的瞬时本征态时,绝热性就发生了。不幸的是,现有的结果,如量子绝热定理的基础上的一个缓慢的发展(H(λ t),λ t?0),不足以描述由哈密顿量H(t)本身驱动的演化。在这里,我们得到一般的标准和精确的界限,为国家和它的相位,确保绝热演化的任何哈密顿量H(t)。作为一个推论,我们证明了一个缓慢的哈密顿量的变化率的常用条件相比,光谱间隙,确实是足以确保绝热性,但只有当哈密顿量是真实的和非振荡(例如包含指数或多项式,但没有正弦函数)。
2009-06-24 quant-ph
Geometric phase of an atom inside an adiabatic radio frequency potential
本文研究了由静态磁场(B场)和含时射频场产生的绝热射频势场中原子的几何相位。原子质心的空间运动引起了一个几何相位,或Berry相位,原子超精细自旋沿局部B场的演化。这个阶段被发现依赖于静态B场沿半经典轨道的原子质心和"有效磁场“的总B场,包括振荡的射频场。具体的计算提供了几个最近的原子干涉实验和建议,利用绝热射频电位。
2007-04-04 quant-ph
Pump Electron-Positron Pairs from Potential Well
本文证明了在一维势阱中,正负电子对可以以恒定的产生率从势阱的深度或宽度振荡的情况下被无限地抽运。嵌入狄拉克海中的束缚态可以被拉出来,推到正连续区,成为散射态。在静态超临界势阱中,控制电子对产生饱和的泡利块可以被电子的射出所打破。我们发现,宽度振荡模式是更有效的深度振荡模式。在绝热极限下,电子对数作为振荡上边界的函数,将揭示束缚态的分裂。
2015-05-12 quant-ph
Stabilizing quantum metastable states in a time-periodic potential
用Floquet方法研究了势阱中粒子的亚稳性。结果表明,振荡的障碍,导致系统的衰减速度一般。然而,可以避免亚稳态的交叉,其中较不稳定的状态交叉到较稳定的状态。如果在静态阱中存在束缚态,则有可能通过递增势垒的振荡频率来稳定亚稳态,使得不稳定态最终交叉到稳定的束缚态。研究还发现,增加振荡场的振幅可以将态的直接交叉变为避免交叉。
2005-05-01 quant-ph
How to experimentally evaluate the adiabatic condition for quantum annealing
提出一种在量子退火中通过施加振荡场并测量时域信号功率谱,来同时估计跃迁矩阵元和能隙、从而实验评估绝热条件的方法。
2023-12-01 quant-ph
Adiabatic quantum dynamics under decoherence in a controllable trapped-ion setup
抑制非幺正效应是量子计算和量子控制中的一个主要挑战。在本论文中,我们通过考虑周围环境中的绝热动力学,从理论和实验上分析了开放量子系统中绝热性的鲁棒性。更具体地说,通过考虑一个散肩的情况下,我们利用绝热近似的有效性条件,以及其灵敏度的共振情况下,通常会损害绝热封闭系统。作为例子,我们实现了一个振荡的Landau-Zener哈密顿量,这表明消相干可以驱动具有高介电常数的谐振系统的绝热行为的开放系统。此外,我们还实现了绝热量子算法的Deutsch问题,其中的区别是建立在开放系统绝热密度算符和目标纯态的计算过程中预期。然后分析用于获得期望结果的优选时间窗口。我们通过实验实现了这些系统,通过一个单一的被困的镱离子$^{171}$ Yb $^+$,其中离子超精细能级被用作自由度的两个能级系统,驱动场和散肩强度有效地可控。
2019-06-18 quant-ph
Quantum Gates with Oscillating Exchange Interaction
本研究提出利用振荡交换相互作用脉冲实现双量子比特门的方案,不仅可实现传统CZ门还能实现iSWAP门,推导了共振/非共振脉冲下的门实现条件,实验表明低电荷噪声下其性能可媲美传统静态CZ门,提升了量子算法执行灵活性。
2023-08-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spontaneous emission of an atom near an oscillating mirror
研究了置于振动反射板附近的原子的自发发射。我们将原子模型化为一个二能级系统,在真空态下,在振荡镜的存在下,原子与量子电磁场相互作用。我们假设板的振动是周期性的,使得相互作用哈密顿量的时间依赖性完全包含在时间依赖性模函数中,满足板表面的边界条件,在任何给定的时间。利用含时微扰理论,我们计算了原子到基态的跃迁速率,并表明它依赖于含时的原子-板距离。我们还表明,振荡镜的存在显着影响的物理特征的自发发射的原子,特别是发射的辐射的光谱。具体来说,我们发现的外观的两个对称的侧峰的频谱中,不存在的情况下,一个静态的镜子,由于调制的环境。这两个侧峰与中心峰被调制频率分开,我们讨论了用实际的动态镜和原子捕获实验技术观察它们的可能性。我们的研究结果表明,一个动态的(即时间调制)环境可以提供新的可能性来控制和操纵附近的两个或多个原子或分子的其他辐射过程,例如它们的合作衰变或共振能量转移。
2019-11-11 quant-ph
Hidden local adiabatic ramp in the modulated time evolution and the quantum approximate optimization algorithm
Georgetown University(乔治城大学);North Carolina State University(北卡罗来纳州立大学)
本文提出通过调制时间演化和QAOA算法实现局部绝热斜坡,以提高量子优化效率。
2025-07-26 quant-ph
Radiation from an oscillating dipole layer facing a conducting plane: resonances and Dynamical Casimir Effect
我们研究了两个物理上不同但密切相关的系统产生的经典电磁辐射的性质,这两个系统可以被视为动力学卡西米尔效应(DCE)的经典类似物。它们对应于两个平坦的,无限的,平行的平面,其中一个是静态的,并施加完美的导体边界条件,而另一个执行刚性振荡运动。这些系统的不同之处仅在于振荡平面的电学性质:其中一个只是平面偶极层(例如,代表小宽度驻极体)。相反,另一个在面向静态平面的一侧上具有偶极子层,但在另一侧上表现为导体:这可以用作具有贴片电势的导体的表示(在面向导电平面的一侧上)。我们评估,在这两种情况下,系统和它的环境之间的能量耗散通量,表明,至少对于小的机械振荡幅度,它可以写在偶极层自相关函数。我们表明,有共振的机械振荡的频率的函数。
2015-06-25 hep-th quant-ph
Geometry of adiabatic Hamiltonians for two-level quantum systems
本文用平面曲线微分几何的方法给出了绝热区量子力学二能级系统相干动力学问题的表达式。我们表明,有一个自然的平面曲线对应的哈密顿系统的几何量有一个简单的物理解释。特别地,曲线的曲率具有非绝热耦合的作用。
2015-01-14 quant-ph
Iterative quantum optimization of spin glass problems with rapidly oscillating transverse fields
本研究提出利用高频振荡横向场的迭代量子算法IST-SAT求解自旋玻璃优化问题,经基准测试验证其较经典算法和TAQC实现多项式加速,为实现优化领域量子优势提供新路径。
2024-08-13 quant-ph
Quantum adiabatic theorem for chemical reactions and systems with time-dependent orthogonalization
证明了一个含时正交化和不含时正交化的量子绝热定理,该定理可用于理解化学反应活化能的起源。进一步的证明也发展了振荡的Schwinger哈密顿量,以建立内部(由于依赖于时间的本征函数)和外部(由于依赖于时间的哈密顿量)的时间尺度之间的关系。我们证明了这种关系需要作为一个独立的量子绝热近似准则。我们给出了四个例子,包括基于自旋1/2两能级系统的逻辑论述,以解决有隙和无隙(由于能级交叉)系统,以及理解这个定理如何允许人们研究动力学系统,如化学反应。
2011-09-09 cond-mat.str-el quant-ph
Critical Velocity in 3He-B Vibrating Wire Experiments as Analog of Vacuum Instability in a Slowly Oscillating Electric Field
本文讨论了在超流~ 3 He-B中运动的圆柱形金属丝的Lancaster实验,实验测得的对产生的临界速度远低于朗道临界速度。这种现象被证明是类似于电子-正电子真空的不稳定性在一个交替的强电势的两个符号,其中的正和负根水平交叉,因此不稳定的阈值是在传统的情况下,一个单一的静态势阱的两倍。
1998-08-05 cond-mat hep-ph nucl-th
Spin-selective electron transfer in quantum dot array
我们提出了一种硅量子点阵列中的自旋选择性相干电子转移。振荡磁场和时间控制的栅极电压被用来根据自旋状态将电子波函数分离成不同的量子点。我们介绍了非绝热和绝热协议,提供快速的电子转移和控制场脉冲区域的误差的鲁棒性,分别。我们还研究了一个捷径到绝热协议,这两个协议的妥协。我们表明,该方案可以直接扩展到多电子系统,并用于非本地操纵的电子。
2017-11-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Crossover from Rabi oscillations to adiabatic population switching in the Faraday optical control of quantum dot spins
TU Dortmund University(多特蒙德工业大学);University of Cambridge(剑桥大学);Wrocław University of Science and Technology(弗罗茨瓦夫科技大学)
通过研究法拉第几何中受激拉曼跃迁的斯塔克位移振荡,揭示了从拉比振荡到绝热布居转换的连续交叉机制,并利用Landau-Zener-Stückelberg干涉实现了阶梯式布居反转。
2026-06-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Boosting the performance of the Quantum Otto heat engines
为了优化有限时间循环热机的性能,了解热力学过程的有限时间效应是非常重要的。在此之前,我们已经证明了在有限时间内完成量子绝热过程需要额外的功,并且证明了对于长的控制时间τ,额外的功遵循\mathcal{C} /τ^{2}标度。由于特定量子系统的复杂能级结构,额外功的振荡部分被忽略了。然而,在一些能级结构简单的量子系统中,这种额外功的振荡是不可忽略的。G.二能级系统或量子谐振子。在本文中,我们建立了有限时间量子奥托引擎在这些简单的系统,并发现振荡的额外的工作导致锯齿边缘的输出功率和效率之间的约束关系。通过优化量子绝热过程的控制时间,利用额外功的振荡来提高最大功率和效率。我们进一步设计了特殊的控制方案,在特定的控制时间零额外的工作。与线性控制方案相比,这些有限时间绝热过程的特殊控制方案提高了有限时间奥托发动机的最大功率和效率。
2019-07-26 cond-mat.stat-mech quant-ph
A Model for Quantum Jumps in Magnetic Resonance Force Microscopy
我们提出了一个简单的模型,它描述了量子跳跃的统计特性,在一个单自旋测量使用振荡的磁共振力显微镜驱动的绝热反转技术。基于该模型的计算机模拟预测了两个连续量子跃迁之间的平均时间间隔和相关时间与磁噪声的特征时间成正比,与磁噪声幅度的平方成反比。
2004-02-09 quant-ph
In-plane terahertz surface plasmon-polaritons coupler based on adiabatic following
提出了一种基于面内表面等离子体激元(SPPs)波导的宽带太赫兹(THz)耦合器,并采用量子相干控制--受激拉曼绝热通道(STIRAP)。该耦合器由两个非对称的特定弯曲波纹金属结构作为输入和输出SPPs波导,以及一个直波纹金属结构作为中间SPPs波导组成。从理论和模拟结果,我们证明了SPP可以有效地从输入到输出波导转移。我们的器件对几何参数的扰动具有鲁棒性,同时它表现出宽带性能(从0.3 THz到0.8 THz),传输速率超过70 $\%$。面内THz耦合器可以极大地简化制作工艺,有助于开发紧凑、坚固的集成THz器件,促进THz器件在全光网络和THz通信中的应用。
2020-02-15 physics.optics quant-ph
Oscillating Casimir force of trapped Bose gas in electromagnetic field
在这项研究中,我们考虑运动的质量和带电玻色气体被困在电场和磁场之间的两个平行板之间的$x-y$平面,分开的距离$d$在$z$方向。利用Ketterle近似和vanDruten近似,导出了量子粒子巨正则势的解析表达式。通过计算正则势,得到了玻色-爱因斯坦凝聚温度下的Casimir势和Casimir力$T_{c}$ .我们还表明,Casimir力振荡依赖于距离$d$固定参数。
2015-08-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Collective spontaneous emission of two entangled atoms near an oscillating mirror
本文研究了真空态下两个全同原子与电磁场相互作用系统的合作自发发射。我们假设两个原子,一个在基态,另一个在激发态,准备在一个相关的(对称或反对称){ \em贝尔}型状态。我们还假设,完美的反射板的振荡与场模式满足边界条件的镜面在任何给定的时刻,使相互作用的哈密顿量的时间依赖性是完全封闭在瞬时原子壁距离。利用含时微扰理论,我们研究了由两个原子系统发射的辐射的光谱,示出了边界的振荡如何修改发射光谱的特征,其表现出在静态边界的情况下不存在的两个侧峰。我们还计算了在超辐射(对称)和次辐射(反对称)两种情况下两原子系统到集体基态的跃迁速率。我们表明,它是调制的时间,和存在的振荡镜可以增强或抑制的衰变率相比,在真空空间或附近的静态边界的原子的情况下。因此,我们的研究结果表明,一个动态的(即时间调制)的环境可以提供新的可能性来控制和操纵附近的原子或分子的辐射过程,如合作衰变,并强烈表明类似的可能性,为其他辐射过程,如共振相互作用和原子或分子之间的能量转移。
2021-02-11 physics.atom-ph quant-ph
Perturbation theory for quasienergy (Floquet) solutions in the low-frequency regime of the oscillating electric field
对于一个简单的氙原子在低频线偏振激光场中的哈密顿模型,我们得到了零级Floquet态的零级能量、振幅和相位与Floquet算符的精确本征值和本征函数之间的一致性。在这里,我们使用绝热哈密顿量作为零阶哈密顿量,其中时间被用作瞬时参数。此外,对于各种低的激光频率,$ω$,从精确的准能量(QE)Floquet解决方案的零级解决方案的偏差接近于零的时候,振荡的激光场是最大的。这个显著的结果进一步证明了简单人模型第一步的有效性。应该强调的是,当$ω$接近零时,并且许多Floquet通道嵌套在一起并被激光场耦合时,精确QE(Floquet)解的数值计算变得极其困难。这是微扰理论的发展的主要动机QE(Floquet)的解决方案时,激光频率很小,以避免需要代表Floquet运营商的矩阵时,傅立叶函数被用作基组。给出了计算$ω$中Floquet解的摄动展开的收敛半径的方法。
2015-02-15 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Adiabatic Computation - A Toy Model
我们讨论了绝热量子计算的一个玩具模型,它显示了一些在更现实的实现中预期的唯象性质。该模型有两个自由参数:绝热演化参数$s$和模拟经典计算问题中多变量约束的参数$α$。提出的模型提出,在$s-α$平面,一个线的一级量子相变,结束于一个二级点。讨论了计算复杂度与量子相变发生的关系。我们分析了基态和第一激发态在量子相变附近的行为,以及基态的能隙和纠缠度。
2006-06-23 cond-mat.other quant-ph
Quantum metastability in time-periodic potentials
在本文中,我们研究的量子亚稳态的粒子之间的无限壁和一个正方形的障碍,无论是时间周期振荡的障碍(模型A)或底部的井(模型B)。基于Floquet理论,我们推导出在每种情况下的方程,确定亚稳态系统的稳定性。我们研究了两个Floquet态的Floquet能量(实部)在共振时遇到直接交叉或避免交叉时对稳定性的影响。本文还讨论了振荡幅度对Floquet能量交叉性质的影响。研究发现,通过改变振荡场的频率和振幅,可以改变阱中态的稳定性。通过离散变换,这两个模型被证明具有完全相同的Floquet能量谱在相同的振荡幅度和频率。利用规范不变性原理证明了模型的等价性。
2005-05-02 cond-mat.mes-hall hep-th math-ph