Quantum advantages in timekeeping: dimensional advantage, entropic advantage and how to realise them via Berry phases and ultra-regular spontaneous emission
当一个原子处于激发态时,经过一段时间后,它会衰变到一个较低的能态,并在此过程中发射出一个光子。这被称为自发发射。它是光与物质相互作用的三种基本形式之一。如果它在时间$t$没有衰减,那么它在下一个无穷小时间步长$[t, t+δt]$中衰减的概率是$t$无关的。因此,并没有一个最佳的衰变时间--从这个意义上说,它是一个随机过程。在这里,我们通过仔细设计这种光与物质的相互作用,表明我们可以将其与时钟联系起来,其中物质构成了发条,而自发发射构成了时钟的滴答声。特别是,我们展示了如何实现准理想时钟。所述时钟已经被证明-在抽象和理论意义上-是量子理论所允许的最精确的时钟,与相同大小的最佳随机时钟相比,精度有多项式增强。因此,我们的结果表明,在适当的条件下,看似随机的自发发射过程实际上可以是量子理论所允许的最有规律的过程。为了实现这一点,我们使用几何特征和磁通环插入诱导对称性和Berry相位到光物质耦合。我们还研究了时钟产生的每滴答的熵,并表明它也具有量子优势从以前已知的半经典时钟在文献中产生的。
2023-03-17 quant-ph
Certifying Nonclassical Proper-Time Histories with a Quantum Clock
School of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications(重庆邮电大学通信与信息工程学院)
提出通道认证框架,通过Choi秩分离判据和双支Ramsey协议,证明量子钟可认证超出经典混合的固有时历史。
2026-08-05 gr-qc hep-th quant-ph
Causal Asymmetry of Classical and Quantum Autonomous Agents
本文提出过程因果不对称性概念,形式化解释噪声使过程变简单而难以逆转的现象,并证明量子记忆可逆转该不对称性,揭示量子信息处理改变过程自发简化方向。
2023-09-24 quant-ph
Quantum Clock Synchronization Networks: A Survey
本文综述了量子钟同步技术,探讨其原理、协议类型、资源及性能限制,分析了其在分布式量子网络中的应用潜力。
2026-04-06 quant-ph
Autonomous quantum clocks using athermal resources
本文提出利用量子测量工程化储层作为非热资源驱动量子钟滴答,通过二/三能级系统换能,最大化非对易性提升速率,并分析亚泊松统计及混合资源扩展。
2023-10-12 cond-mat.mes-hall gr-qc quant-ph
Clock-work trade-off relation for coherence in quantum thermodynamics
在热力学中,量子相干性--能量本征态之间的叠加--表现出明显的非经典方式。最近出现了数学框架来解释这些特征,并提供了一系列新颖的见解。在这里,我们描述了热力学相干性如何分为两种-“内部”相干性,它承认热力学功的能量值,以及“外部”相干性,它没有能量值,而是对应于系统作为量子时钟的功能。对于后一种形式的相干性,我们提供的动力学约束,涉及到量子精密测量和宏观,而对于前者,我们表明,量子态存在,具有有限的内部相干性,但零确定性的工作值。最后,在最小的热力学假设下,我们建立了这两种类型的相干性之间的时钟/工作权衡关系。这可以被看作是量子热力学中的时间-能量共轭关系的一种形式,它限制了给定系统的时钟和工作资源的总最大值。
2018-04-25 quant-ph
One-hundred step measurement-based quantum computation multiplexed in the time domain with 25 MHz clock frequency
在量子计算的各种方法中,基于测量的量子计算(MBQC)在时域中复用是目前解决可扩展性需求的一种有前途的方法。MBQC需要两个组件:集群状态和可编程测量。通过时域复用,前者已经在超大规模上实现。然而,后者仍未实现,使得大规模集群状态未被使用。在这项工作中,我们做了这样一个测量系统,并用它来演示基本的量子操作复用在时域与25 MHz的时钟频率。我们验证的输入状态和它们的非经典性的单步量子操作的转换,也观察到多步量子操作多达一百步。
2020-06-20 quant-ph
Quantum metrology with nonclassical states of atomic ensembles
量子技术利用纠缠来彻底改变计算,测量和通信。这激发了物理学不同领域对设计和操纵脆弱的多粒子纠缠态的研究。原子方面的进展尤其迅速。由于大的和可调的非线性和先进的捕获,控制和计数技术,许多突破性的实验已经证明了被困离子,冷和超冷气体的中性原子的纠缠态的产生。此外,原子可以与外力和光场强烈耦合,这使它们成为超精密传感和计时的理想选择。所有这些因素都要求产生非经典原子态,用于原子钟和原子干涉仪中的相位估计,利用多体纠缠来提高精确测量的灵敏度。这篇文章的目的是回顾和说明的理论和实验与原子系综,已经证明了多粒子纠缠和量子增强计量学。
2018-04-11 quant-ph
Certified Private Relational Time from Entanglement
Institute for Theoretical Physics, TU Wien(维也纳工业大学理论物理研究所)
提出“纠缠时钟”概念,通过单态上的离散测量注册定义时间,利用关联符合流实现关系时间,并证明其量子预测超过经典基准,最终通过贝尔测试实现设备无关的私有时间认证。
2026-06-23 quant-ph
Universal quantum modifications to general relativistic time dilation in delocalised clocks
相对论通过其世界线将一个适当的时间与每个运动的物体联系起来。然而,在量子理论中,这种定义明确的轨道是被禁止的。在介绍了量子钟的一般特性之后,我们证明了,在弱场、低速极限下,当它们的运动状态是经典的(即高斯)时,所有"好的"量子钟都经历了广义相对论所规定的时间膨胀。另一方面,对于非经典运动态,我们发现量子干涉效应可能会导致本征时间与时钟测量时间之间的显著差异。这种差异的普遍性意味着它不仅仅是一个系统误差,而是对真时本身的量子修正。我们还展示了时钟的离域如何导致其测量时间的更大不确定性-时钟时间与其质心自由度之间不可避免的纠缠的后果。我们演示了如何通过测量时钟的运动状态及其时间读数来恢复这种丢失的精度。
2020-08-12 gr-qc quant-ph
An eternal discrete time crystal beating the Heisenberg limit
离散时间晶体(DTC)以严格的节奏重复自己,模仿其内部结构和外力之间相互作用的滴答时钟。DTC在精确计时和其他量子技术中有着深远的应用前景。然而,它一直面临着热化的巨大挑战。周期性驱动供电可能最终使DTC达到热平衡并破坏它们的一致性。在这里,我们表明,一个所有的相互作用提供了一个DTC,逃避热化和保持量子相干性和量子同步,而不管空间的不均匀性,在驱动场和环境。此外,该DTC的灵敏度与总粒子数的3/2次方成比例,实现了测量超过海森堡极限的驱动频率或相互作用强度的量子器件。我们的工作为设计具有长相干时间的新型非平衡相铺平了道路,从而推动了量子精密测量的发展。
2019-06-30 cond-mat.quant-gas quant-ph
High-rate Generation and State Tomography of Non-Gaussian Quantum States for Ultra-fast Clock Frequency Quantum Processors
本文利用光学参量放大器和相敏放大器构建6-THz压缩光源与66-GHz零差探测系统,实现0.9 MHz速率的非高斯量子态生成与层析,比现有实验高近三个数量级,并指出突破超导探测器抖动限制后有望达到GHz乃至THz速率。
2024-02-27 quant-ph
Quantum bridges in phase space: Interference and nonclassicality in strong-field enhanced ionisation
我们进行了强场增强的分子电离的相空间分析,重点是量子干涉效应。利用Wigner准概率分布和量子Liouville方程,我们证明了在以前的出版物[N。Takemoto和A. Becker,Phys.Rev.A \textbf{84},023401(2011)]中所描述的方法可能发生在静态驱动场,甚至根本没有外部场的情况下。它们的主要原因是如果分子中的两个阱都被填充,则会发生干扰诱导的桥接机制。在发生量子桥的相空间区域,维格纳函数执行顺时针旋转,其周期是分子固有的。这种演化本质上是非经典和非绝热的,因为它不遵循等能量曲线或场梯度。如果电子的初始状态是空间离域的,或者位于高场分子阱,则通过量子桥的准概率转移是有利的。增强电离的结果,这种循环运动,绝热隧道电离和人口捕获的相互作用。最佳条件需要最大限度地减少人口陷阱,并使用桥接机制,以馈入电离路径沿场梯度。
2019-07-29 physics.atom-ph quant-ph
Quantum time dilation in a gravitational field
本文研究量子叠加原理对引力时间膨胀的影响,通过处于位置叠加态的两能级原子,揭示其自发辐射速率与经典混合态原子不同,从而产生量子引力时间膨胀效应,并证明该效应可通过原子内能分数频率移动被当前原子钟观测到。
2024-05-03 gr-qc quant-ph
Out-of-Time-Ordered-Correlator Quasiprobabilities Robustly Witness Scrambling
失时有序子(OTOC)作为多体量子系统中信息置乱的定性见证者,近年来受到了广泛的关注。OTOC的理论讨论通常集中在封闭的系统,提出了他们的适用性的问题,在现实的开放系统中扰乱证人。我们的经验表明,非经典负的准概率分布(QPD)背后的OTOC是一个更敏感的证人比OTOC本身的扰。QPD的非经典特征随着时间尺度而发展,该时间尺度相对于去相干是鲁棒的,并且对由去相干引起的假阳性免疫。为了得出这一结论,我们数值模拟自旋链动力学和三个测量协议(干涉,量子时钟,和弱测量计划)测量OTOC。我们的目标是基于量子计算硬件的实验,如超导量子比特和捕获离子。
2019-02-02 cond-mat.dis-nn hep-th quant-ph
Hong-Ou-Mandel Interference with a Coexisting Clock using Transceivers for Synchronization over Deployed Fiber
本文利用与量子信号共纤传输的经典光通信同步两个独立光子源时钟,在4.3 km已部署光纤上实现Hong-Ou-Mandel干涉,凹陷可见度达0.58±0.04,展示了基于商用设备的可扩展量子网络方案。
2024-07-01 physics.optics quant-ph