Ground-state cooling of mechanical resonators by quantum reservoir engineering
我们提出了一个将机械谐振器冷却到其量子基态的方案,该方案通过类似光机械的耦合与工作流体相互作用。相对于标准的激光冷却方案,相干性使谐振腔的运动到其基态,我们认为一个非相干的热源,以实现相同的目标。我们表明,同时冷却两个退化或近退化的机械谐振器是可能的,否则这是一个具有挑战性的目标来实现。将该方法推广到多个谐振器的同时冷却是简单的。冷却剂与浴槽耦合的光谱滤波是实现冷却的关键。通过研究激光边带冷却和在标准光机设置中加热冷却之间的直接联系,解释了冷却的基本物理机制。我们通过量子水库工程实现的冷却的有利方案可以在各种设置中实现,采用冷却剂与目标系统的参数耦合。我们还讨论了使用非热浴来模拟用于冷却的超高温热浴。
2021-05-19 quant-ph
Quantum algorithms for cooling: a simple case study
本研究针对低能量量子多体态制备问题,在简单可解费米子模型中探究冷却算法,推导弱耦合极限下的解析表达式,发现多频率和随机循环策略可提升性能,还提出抗噪优化协议,且冷却相比耗散态制备能量更低、更抗噪。
2025-07-25 quant-ph
Quantum Limits of Stochastic Cooling of a Bosonic Gas
研究了囚禁原子随机冷却的量子极限。由于施加的反馈的能量减法示出包含一个额外的噪声项,由于在反馈区域中的原子数波动。这种新颖的效果被证明是占主导地位的冷凝点附近的冷却效率。此外,我们展示的第一个结果表明,玻色-爱因斯坦凝聚可以达到通过随机冷却。
2003-05-20 quant-ph
Temperature cooling in quantum dissipation channel and the correspondimg thermal vacuum state
我们研究了光学混沌光在具有阻尼参数k的量子耗散通道中的温度冷却问题,其方法是通过引入热真空态来揭示系统与库之间的纠缠效应。导出了温度冷却公式,该公式与参数k有关,通过调节k可以控制温度。
2015-11-18 quant-ph
Ground state cooling of a nanomechanical resonator in the weak-confinement regime via quantum interference
讨论了耦合到超导磁通量子比特的纳米机械谐振器的基态冷却。我们表明,通过诱导量子干涉取消有害的载流子激发,基态冷却成为可能,在弱约束或非解决制度。量子位被建模为λ配置中的三能级系统,并且施加驱动通量使得量子位吸收光谱表现出电磁感应透明性,从而消除不需要的载流子激发。由于我们的基于干涉的方案允许应用强冷却场,因此可以实现快速有效的冷却。
2010-07-15 quant-ph
Absolute Dynamical Limit to Cooling Weakly-Coupled Quantum Systems
量子系统的冷却受到可用控制力的大小(控制的“速度”)的限制。我们认为最一般的冷却过程,虽然限于制度,其中系统的热力学是保存(弱耦合)。在此制度下,我们进一步专注于最有用的控制制度,其中一个大的冷却因子,以及良好的基态冷却可以实现。我们提出了一个控制协议的冷却,并给出了明确的结构参数,以及强有力的数值证据,该协议是全局最优的。由此,我们得到控制速度对冷却的限制的简单表达式。
2012-05-15 quant-ph
Quantum enhanced feedback cooling of a mechanical oscillator
激光冷却是原子频率标准、量子计算机、量子凝聚态物理和基础物理测试等领域的基础技术。自20世纪90年代初以来,人们已经知道,激光冷却原则上可以通过使用压缩光作为电磁库来改善;而使用压缩光探针的量子反馈控制也被预测可以改善冷却。在这里,我们实现了量子反馈控制的微机械振荡器的第一次与压缩探测场。这允许量子增强反馈冷却,其测量速率大于经典光的测量速率,并且最终振荡器温度随之降低。我们的研究结果具有重要意义的未来应用领域,从量子信息网络,量子增强力和位移的测量和宏观量子力学的基本测试。
2016-05-19 quant-ph
Quantum Feedback Cooling without State Filtering
University of Padova(帕多瓦大学)
本文提出一种无需全实时量子态估计的量子反馈冷却方法,通过简单测量记录过滤模拟反馈信号,提升冷却效率。
2026-03-06 quant-ph
Quantum calculation of feedback cooling a laser levitated nanoparticle in the shot-noise-dominant regime
在本文中,量子计算结果的反馈冷却的光囚禁纳米粒子在激光射击噪声占主导地位的制度。我们数值研究系统使用参数和力反馈冷却计划。对于相同的测量效率,力反馈的冷却极限低于参数反馈。我们还开发了一套半经典的反馈冷却方程,精确匹配的量子结果。通过重新标度半经典方程,证明了冷却动力学唯一地由反馈强度、测量效率和散粒噪声引起的一个振荡周期内的占据数变化决定.最小占用数由测量效率和一个周期内占用数的变化确定。
2017-08-03 quant-ph
Conditional cooling limit for a quantum channel going through an incoherent environment
提出并实验验证了一个通过非相干环境的量子信道的冷却极限。环境由大量独立的非相互作用和非干扰的基本量子系统-量子比特组成。通过通道的量子比特只能被环境量子比特随机替换。我们调查的条件冷却限制,利用额外的探测输出。该限制指定单量子比特通道何时是量子的,即它保持纠缠。这是基于纠缠的量子技术的基本条件。
2015-11-24 quant-ph
Continuous quantum error correction by cooling
我们描述了一种量子纠错的实现方式,该实现方式在时间上连续地操作,并且不需要诸如测量或门之类的主动干预。带走由错误引入的熵的机制是一个冷却过程。我们评估该计划的有效性,通过模拟,并评论其连接到最近提出的一些错误预防程序。
2005-07-28 quant-ph
The application of annealing in quantum cooling protocols
提出一种含退火过程的通用量子冷却协议,利用微扰理论和张量网络模拟验证其在一维、二维及含噪TFIM系统中可高保真、高效地制备基态。
2025-01-09 quant-ph
Quantum feedback cooling of a single trapped ion in front of a mirror
我们发展了一个理论的量子反馈冷却的单离子被困在前面的镜子。通过监测发射到镜模式的光的运动边带,我们推断出离子的位置,并以适当的力来冷却离子。我们推导出一个反馈主方程沿线的量子反馈理论开发的怀斯曼和米尔本,它为我们提供了冷却时间和最终温度作为反馈增益和各种系统参数的函数。
2005-06-22 quant-ph
Quantum noise can enhance algorithmic cooling
热浴制冷技术(Heat-Bath Chromic Cooling Techniques,HBAC)是一种用于纯化量子系统中目标元素的技术。这些方法将熵从目标元素压缩并转移到系统的辅助元素中。在理想的无噪声条件下,研究了制冷机的制冷性能。然而,现实的实现是不完美的,并且出于实际目的,应该考虑噪声。在这里,我们分析现实噪声模型下的热浴制冷技术。令人惊讶的是,我们发现,在某些情况下,噪音可以提高性能,提高热浴制冷技术的冷却极限。我们数值模拟的噪音算法冷却的两个最佳策略,合作伙伴配对,和两种排序算法。我们发现,对于这两个过程,在广义振幅阻尼噪声存在下,过程收敛,渐近纯度可以高于无噪声过程。这为提高纯度开辟了新的途径,超越了热浴算法冷却。
2021-07-15 quant-ph
Quantum thermodynamic cooling cycle
推导了三能级分子冷却循环的量子力学和热力学性质。早期模型的不足之处是纠正占自发发射和吸收与耦合到相干驱动场通过环境水库。这种额外的耦合不需要是耗散的,并且可以提供热驱动力-经典吸收式制冷机的量子模拟。的最大可达到的冷却速率对温度的依赖性,在超低温下,确定和示出尊重最近建立的基本约束的基础上的热力学第二和第三热力学定律。
2001-06-08 quant-ph
Ground state cooling of quantum systems via a one-shot measurement
我们证明了存在一族量子系统,通过对耦合到这些系统的环进行单次投影测量,它们可以被冷却到它们的基态。因此,这一证明提出了实现单次测量基态冷却(OSMGSC)的条件。我们还提出了一个通用的程序,找到酉传播和相应的哈密顿实现这种冷却的逆工程技术。
2015-03-13 quant-ph
Quantum displacement sensing and cooling in 3D levitated cavity optomechanics
超高灵敏度检测腔光学力学中的量子尺度位移,优化了测量反作用和输入量子噪声的不精确性的组合误差。这设置了众所周知的标准量子限制(SQL)。普通量子腔光学力学允许沿着腔轴的单个自由度的冷却和检测。然而,最近的一项突破允许悬浮纳米颗粒的量子基态冷却[Delic等人,arxiv:1911.04406],其特征是独特的3D,沿着$x$、$y$和$z$轴耦合。我们调查目前的实验,并表明,基本的行为是远离独立的1D组件和接地状态的冷却和传感分析必须考虑-到目前为止被忽视的- 3D杂交效应。我们研究了额外的3D光谱贡献,并发现直接和间接的杂交途径可以破坏性地干扰在某些参数下抑制3D效应,以接近并可能超过SQL。我们确定了一个交感神经冷却机制,可以增强冷却较弱的耦合模式,所产生的光学机械诱导的相关性。
2019-11-28 quant-ph
The Asymptotic Cooling of Heat-Bath Algorithmic Cooling
量子态的纯度是许多量子应用的关键要求。提高纯度受到热力学基本热力学定律的限制。在这里,我们正在探索解决这个问题的自然方法的基本限制,即热浴算法冷却(HBAC)。Schulman等人在中证明了HBAC技术存在冷却极限,但在过去十年中,该极限仍然未知。在这里我们第一次发现了这个极限。在量子热力学的背景下,这对应于量子系统的最大可提取功。
2014-12-02 quant-ph
Optomechanical sideband cooling of a micromechanical oscillator close to the quantum ground state
将介观力学振子冷却到其量子基态是制备和控制大尺度物体低熵量子态的基础。在这里,我们预冷70 MHz的微机械石英振荡器的占用低于200量子的热化它与600 mK的冷3 He气体。通过结构缺陷态的两能级系统诱导的阻尼被证明是强烈减少,同时作为一种新的测温方法,独立量化由于冷却激光器的过度加热。我们证明了动力学反作用边带冷却可以将平均占有率降低到9+-1个量子,这意味着可以在其量子基态中找到(10+-1)%的时间。
2010-11-01 quant-ph
Two-photon cooling of a nonlinear quantum oscillator
研究了非线性量子振子与人工原子(量子比特)相互作用的冷却效应。考虑到量子比特-振子相互作用的非线性,我们考虑了通过非线性振子环境库的量子耗散。对于适当的浴温度和谐振器的品质因数,我们证明了有效的冷却低于热背景。由于光子相干函数的行为不同的偶数和奇数光子数的状态,我们描述了一种机制区分这些状态。所开发的分析形式主义是通用的,可以应用到广泛的系统。
2010-03-19 quant-ph
Entanglement enhances cooling in microscopic quantum fridges
小型自足式量子热机在没有外部工作或控制源的情况下工作,但仅使用与热浴的非相干相互作用。在这里,我们调查的作用纠缠在一个小型的自含量子冰箱。我们首先表明,纠缠是有害的,就效率而言-冰箱在效率接近卡诺极限不具有任何纠缠。远离卡诺制度,我们表明,纠缠可以增强冷却和能量传输。因此,真正的量子冰箱可以胜过经典冰箱。此外,仅纠缠的量就量化了冷却的增强。
2014-03-14 quant-ph
Algorithmic Cooling of a Quantum Simulator
受控量子力学设备提供了一种模拟更复杂量子系统的方法,其速度比经典计算机快得多。这种“量子模拟器”在很大程度上依赖于能够制备哈密顿量的基态,其性质可以用于计算关联函数,甚至是某些经典计算的解决方案。虽然绝热制备仍然是产生这种基态的主要手段,在这里,我们提供了一种不同的制备途径:通过模拟耗散冷却到基态。这与当代在量子系统中实现广义形式的模拟退火的努力直接类似。
2012-07-30 quant-ph
Algorithmic Cooling and Scalable NMR Quantum Computers
我们在这里提出算法冷却(通过极化热浴)-一个强大的方法,在有限的温度下,在液体核自旋系统中获得大量的高度极化的自旋。考虑到自旋半态代表(量子)比特,算法冷却通过采用一组快速热弛豫比特来清除数据压缩上香农界限之外的脏比特。这样的辅助位可以使用与环境快速进入热平衡的自旋来实现,电子自旋在不冷却环境的情况下将自旋冷却到非常低的温度可能会导致核磁共振实验的突破,我们的"自旋制冷“方法表明这是可能的。核磁共振系综计算机的尺度问题可能是构建有用的量子计算设备的主要障碍,我们的自旋制冷方法表明这个问题可以解决。
2001-06-18 quant-ph
Multi-parameter Optimization for Ground-state Cooling of Mechanical Mode using Quantum Dots
将机械模式冷却到其运动基态为量子气象学和信息处理领域的科学和技术进步开辟了道路。提出了一种利用量子点实现机械模基态冷却的多参数优化方案。应用主方程的方法,我们制定了一个广泛的系统参数,包括失谐,衰减率,泵浦率和耦合强度的优化方案。我们在两种主要类型的半导体量子点系统上实现了优化方案:胶体量子点和外延量子点。这些系统跨越了广泛的机械模式频率,耦合率和衰减率。我们的优化方案在所有情况下降低了几个数量级的稳态声子数。我们还计算了净冷却速率估计的声子衰减率,并表明,优化的系统参数也导致有效的冷却。所提出的优化方案可以很容易地扩展到其他驱动系统耦合到一个机械模式。
2022-07-18 quant-ph
Cooling by heating in the quantum optics domain
一类哈密顿量,实验上可行的在量子光学的几个方面,并导致所谓的冷却加热费米以及玻色子系统已被数值分析。我们已经发现了一个很大的参数范围内的冷却加热可以观察到单独的费米子系统或组合的费米子和玻色子系统。通过分析实验要求,我们得出结论,通过加热冷却是可以实现的,特别是在囚禁离子和腔QED的背景下,从而有助于理解这种有趣的和违反直觉的效果。
2012-09-30 quant-ph
Cavity-free quantum optomechanical cooling by atom-modulated radiation
本文从理论上研究了原子云与振荡镜的机械运动之间的辐射诱导相互作用。当被连续波辐射照射时,反射镜的运动将引起红色和蓝色边带辐射,这分别增加和减少运动激发。我们发现,通过适当地驱动$Λ$能级原子,与特定辐射边带的镜像关联可以从出射辐射转换为入射辐射。这样的过程使我们能够操纵加热和冷却效果。特别地,我们发展了一种光机冷却策略,可以相互抵消出射和入射辐射的加热效应,从而通过净冷却获得运动基态。在没有腔安装或完美对准的必要性的情况下,我们的建议补充了宏观物体量子冷却的其他努力。
2018-03-01 quant-ph
Gap-independent cooling and hybrid quantum-classical annealing
在这封信中,我们提出了一个有效的间隙无关的冷却方案的量子退火机,受益于有限的温度。我们选择一个基于超导通量量子比特的系统作为当前量子退火平台的一个突出例子。我们建议将量子比特系统横向耦合到共面波导,以对抗由始终存在的纵向热噪声引起的噪声和加热。我们提供了一个电路布局示意图的系统,并显示如何,可行的耦合强度,我们实现了全球性能的增强。具体来说,我们实现了冷却改善约$50\%$在绝热和百分之几百的非绝热制度,分别。
2018-08-29 quant-ph
Nondeterministic quantum computation via ground state cooling and ultrafast Grover algorithm
在过去的几十年里,有许多关于量子计算的建议。绝热量子计算(AQC)是一个很有前途的候选者。AQC的核心思想是从一个简单哈密顿量的初始基态出发,通过特定的绝热通道,找到一个有问题哈密顿量的系统的基态。AQC的一个缺点是所需运行时间的显著增长,特别是当在AQC通道期间存在量子相变时。在这里,我们提出了一个非确定性的基态冷却量子计算模型的基础上选择性的投影测量耦合到系统的问题的哈密顿量预先冷却的常规技术。通过Grover搜索问题说明了该模型,并证明了该非确定性模型需要一个常数或至多对数的运行时间,同时也可以避免在准备简单哈密顿量的基态时可能遇到的困难.
2017-04-10 quant-ph
Optimal quantum parametric feedback cooling
我们提出了一个最佳的协议,使用相位保持量子测量和相位相关的调制的捕获势在参数共振冷却量子振荡器的占用数小于一个量子。我们推导出最佳的相位关系和持续时间的参数调制,并计算出最低可能的占领数在稳态。该协议是强大的,对中等数额的耗散和反馈回路中的相位误差。我们的工作有影响的冷却悬浮机械谐振器在量子制度。
2023-03-07 quant-ph
Double-passage ground-state cooling induced by quantum interference in the hybrid optomechanical system
我们提出了一个量子干涉冷却方案的纳米机械谐振器(NAMR)的混合光机械系统,其中原子被困在一个光机械腔,耦合到一个额外的光学腔。光机械谐振腔的吸收可以通过原子-腔耦合和腔-腔耦合引起的量子干涉效应来改变。随着量子干涉的使用,用于冷却的期望的转变被增强,以及由于不期望的转变而导致的加热抑制。结果,NAMR振动可以冷却到其基态。特别是,在原子的辅助下,我们的方案在实验上是可行的,即使对于较低质量的腔,这大大降低了实验难度。
2018-02-07 quant-ph
Radiation Pressure Cooling as a Quantum Dynamical Process
光机械冷却中最基本的问题之一是在适当的腔场辐射压力下,机械振荡器的热声子数能达到多小。不同于以前的理论预测,这是基于一个光学机械系统的时间无关的稳定状态,我们把这样的冷却作为一个动力学过程的驱动机械振荡器从其初始的热状态,由于其与环境的热平衡,一个稳定的量子态的纯度更高。我们发现,最终留下的稳定的热声子数实际上取决于冷却过程的速度。冷却速度是由一个有效的光机耦合强度,这构成了一个重要的参数冷却,除了边带分辨率参数,已被认为是在其他理论研究决定。任何冷却过程都不能超过的极限热声子数在参数的某个值上表现出不连续的跳跃。
2017-06-09 quant-ph
Radiative cooling of a superconducting resonator
将微波谐振器冷却到量子基态附近,这对于它们在量子机制中的操作至关重要,通常通过将设备直接制冷到几十毫开尔文来实现。然而,在需要高操作功率的量子实验中,例如微波到光学量子转换,期望在具有不可忽略的环境热激发的较高温度下操作,其中较大的冷却功率是可用的。在这封信中,我们提出了一个辐射冷却协议,准备超导微波模式附近的量子基态,尽管温暖的环境温度的谐振器。在这个概念验证实验中,通过辐射耦合到70 mK冷负载,将热锚定在1.02 K的10 GHz超导谐振器的模式占用减少到$0.44\pm0.05$。这种辐射冷却方案允许高操作功率微波实验在量子制度下工作,并为将微波量子态路由到高温开辟了可能性。
2019-10-02 quant-ph
Macroscopic mechanical oscillators at the quantum limit using optomechanical cooling
我们讨论了如何提供的光机械耦合辐射压力可以用来冷却宏观集体自由度,作为振动模式的可移动的镜子。冷却是使用相敏反馈回路,有效地过阻尼的镜子运动,而不会增加热噪声。反馈结果能够使宏观物体下降到量子极限。特别地,可以实现挤压和纠缠。
2002-11-18 quant-ph
Quantum limited velocity readout and quantum feedback cooling of a trapped ion via electromagnetically induced transparency
本文讨论了在基于电磁感应透明(EIT)的受驱动$Λ$系统中,利用折射率的高速灵敏度,对单个原子动量的连续观测。在单位收集效率的理想极限中,这提供了对原子运动具有最小反作用的量子限制测量。反馈回路以与测量信号成比例的力驱动原子,为原子运动提供冷却机制。我们推导出了描述反馈冷却的主方程,并表明在Lamb-Dicke极限下,稳态能量接近于基态,仅受光子收集效率的限制。在Lamb-Dicke区域之外,预测的温度远低于多普勒极限。
2005-06-22 quant-ph
Classical and Quantum Theory of Photothermal Cavity Cooling of a Mechanical Oscillator
光热效应允许机械自由度和光子之间非常有效的光机械耦合。在腔冷却的机械振荡器的背景下,如果量子基态的振荡器可以达到使用光热反作用的问题一直在争论,仍然是一个悬而未决的问题。在这里,我们解决这个问题的补充经典和量子计算。两者都使我们得出结论:第一,基态确实可以使用光热腔冷却,第二,它可以达到在一个政权的腔失谐小,允许大量的光子进入腔。
2010-11-17 quant-ph
Algorithmic cooling for resolving state preparation and measurement errors in quantum computing
状态准备和测量误差通常被认为是不可区分的。区分状态准备(SPAM)误差和测量误差的问题对于表征量子处理器的领域很重要。在这项工作中,我们提出了一种方法来分别表征垃圾邮件错误使用一种新型的算法冷却协议称为基于测量的算法冷却(MBAC)。MBAC假设能够对单个量子位执行(可能不完美的)投影测量,这在许多现代量子处理器上都可用。我们表明,MBAC可以显着减少状态准备误差在现实的假设下,与一个小的开销,可以由可测量的量的上限。因此,MBAC不仅可以成为衡量近期量子处理器的有价值的工具,而且还可以以算法的方式提高量子处理器的性能。
2022-03-15 quant-ph
Sideband Cooling Micromechanical Motion to the Quantum Ground State
激光冷却技术的出现彻底改变了许多原子尺度系统的研究。这推动了量子计算机的发展,通过在运动的基态制备捕获的离子,并通过实现原子蒸气的玻色-爱因斯坦凝聚产生新的物质状态。类似的冷却技术提供了一种通用而灵活的方法,用于在宏观物体的运动基态中制备宏观物体,将强大的微观力学技术带入量子领域。腔光或机电系统通过光与运动之间的强相互作用实现边带冷却。然而,进入量子机制,小于单个量子的运动,一直难以捉摸,因为边带冷却还没有充分压倒机械系统与其热环境的耦合。在这里,我们展示了边带冷却的运动的微机械振荡器的量子基态。进入量子区需要大的机电相互作用,这是通过将微机械膜嵌入超导微波谐振电路来实现的。为了验证冷却的膜运动到量子制度,我们进行了近量子限制的测量微波场,解决这个运动的海森堡极限的5.1倍。此外,我们的设备具有强耦合,允许微波光子和机械声子的相干交换。同时实现强耦合、基态制备和有效测量为控制和检测非经典运动态的快速发展奠定了基础,甚至可能在更大尺寸和质量的未探索区域测试量子理论本身。
2011-03-10 quant-ph
Optomechanical cooling beyond the quantum backaction limit with frequency modulation
在通常的光机械冷却中,即使系统没有热元件,它仍然有一个量子极限-称为量子反作用极限(QBL)-与散粒噪声有关的最小声子数。通过研究光机系统(OMS)的边带冷却机制,发现在系统中引入能够抑制Stokes加热过程的频率调制(FM),可以显著改善边带冷却。我们分析并论证了在标准OMS的整个稳定区中声子数低于QBL重新定义的原因。通过数值求解从具有宽系统参数的量子主方程导出的二阶矩的微分方程,进一步检查上述分析,所述宽系统参数范围从弱耦合(WC)到超强耦合(USC)和分辨边带(RSB)到未分辨边带(USB)制度。与没有FM的情况相比,即使在常规的不稳定区,也可以实现稳定的基态冷却。
2018-11-14 quant-ph
Simultaneous cooling of qubits via a quantum absorption refrigerator and beyond
本文提出一种利用多磁化子空间相互作用哈密顿量和局域/全局量子主方程同时冷却多个目标量子比特的量子热器件,并扩展至海森堡星形网络,揭示其制冷机制与运行范围。
2024-10-21 quant-ph
Escaping Local Minima with Quantum Coherent Cooling
针对经典优化易陷入局部极小值的问题,提出一种量子-经典混合算法,利用量子相干热浴和协同隧穿帮助系统穿越势垒,并在 cQED 中实现,数值显示其求解自旋玻璃具有量子优势。
2023-12-25 quant-ph
Small quantum absorption refrigerator in the transient regime: time scales, enhanced cooling and entanglement
本文讨论了一个由三个量子比特组成的小型量子吸收制冷机的瞬态特性。我们讨论了相干动力学,阻尼,并接近稳定状态的时间尺度,我们研究冷却和纠缠。我们观察到,冷却可以增强在瞬态政权,在这个意义上说,可以实现较低的温度相比,稳态政权。这是相干动力学的结果,但即使当这种动力学被耗散热环境强烈阻尼时也可能发生,并且我们注意到,不需要精确控制耦合或定时来实现增强的冷却。我们还表明,在冰箱中存在的纠缠量可以更大的瞬态政权相比,稳态。这些结果与量子热机的未来实现有关。
2015-12-02 quant-ph
Dynamic Cooling on Contemporary Quantum Computers
研究动态冷却量子比特问题,发现低温区域存在更快的 $1/N$ 温度标度和指数级更优的做功成本,并在真实量子处理器上验证,提出次优算法降低电路复杂度以适用于近期量子计算机。
2024-09-25 quant-ph
Superior dark-state cooling via nonreciprocal couplings in trapped atoms
将囚禁原子冷却到运动基态是量子模拟和量子计算应用的关键。利用原子间的非互易耦合,我们提出了一种有趣的$Λ$型三能级结构的暗态冷却方案,该方案优于传统的单原子电磁诱导透明冷却方案.有效的非互易耦合可以通过原子波导接口或自由空间光子量子链路来促进。通过剪裁系统参数允许在暗态冷却,我们确定了更好的冷却性能与增强的冷却速率的参数区域。我们进一步证明了映射到暗态边带冷却下的非对称激光驱动场,这表明了一个独特的热传递,并承诺一个出色的暗态边带冷却辅助集体自旋交换相互作用。
2022-06-29 quant-ph
Few-qubit quantum refrigerator for cooling a multi-qubit system
我们提出使用一个少量子比特系统作为一个紧凑的量子制冷机冷却相互作用的多量子比特系统。我们特别考虑一个中心量子位耦合到$N$辅助量子位在所谓的自旋星模型作为我们的量子冰箱。我们首先证明,如果量子位之间的相互作用是纵向和铁磁伊辛模型的形式,中心量子位比环境冷。最后,提出了将中心较冷的量子位作为量子制冷机的制冷剂接口,以冷却一般的量子多量子位系统。本文讨论了一个简单的制冷循环,考虑到运行成本和冷却效率,它可以通过$N$和量子比特-量子比特相互作用强度来控制。此外,可达到的温度的界限建立。这种少量子位紧凑的量子制冷器对于减小量子技术应用的尺寸可以是重要的,可以容易地集成到全量子位系统中,并且可以增加量子计算和热设备的速度和功率。
2020-11-27 quant-ph
Quantum Thermodynamics applied for Quantum Refrigerators cooling down a qubit
我们讨论了一种量子制冷机,以增加目标量子比特的基态概率,该目标量子比特的基态和激发态之间的能量差小于环境的热能。我们考虑两种类型的量子冰箱:(1)一个额外的量子比特与频繁的脉冲操作和(2)两个额外的量子比特没有它们。从量子热力学的观点对这两种制冷机进行了评价。更具体地说,我们计算了从目标量子比特中移除的热量,为系统所做的工作,以及性能系数(COP),热量与工作之间的比率。我们表明,第二种类型的COP优于第一种类型。我们的研究结果对设计高性能的量子制冷器具有重要的参考价值。
2022-10-06 quant-ph
Designing Minimalistic Variational Quantum Ansatz Inspired by Algorithmic Cooling
本文介绍了一种受算法冷却原理启发的新的最小变分量子计算方法。所提出的热交换算法冷却模拟器(HE模拟器)促进了有效的种群重新分布,而不需要浴重置,简化了在有噪声的中间尺度量子(NISQ)设备上的实现。与传统的硬件高效和QAOA算法相比,HE算法在完全网络\textsc{Maxcut}优化问题上实现了更高的逼近比。我们还提出了一种新的变分算法,该算法利用HE近似计算不纯耗散系统的基态变分量子本征求解器(dVQE),在计算一维含杂质海森堡链的基态能量时实现了亚$1\%$误差,并成功模拟了不纯自旋链的边缘效应,显示了其在量子多体物理中的应用潜力.这些结果强调了与硬件高效实现的兼容性,提供了一个可扩展的方法来解决复杂的量子问题,在无序和开放量子系统。
2025-01-28 quant-ph
Exponential improvement for quantum cooling through finite-memory effects
量子技术的实际应用需要制备高纯度的态,或者用热力学术语来说,需要非常低的温度。给定有限的资源,热力学第三定律禁止完美冷却;尽管如此,已经推导出了与量子热机重复相互作用的系统的渐近基态人口的可达到上限。这些界限适用于无记忆(马尔可夫)设置,其中每个制冷步骤独立于先前的步骤进行。在这里,我们扩展这个框架来研究记忆对量子冷却的影响。通过引入一个记忆机制,通过广义碰撞模型,允许马尔可夫嵌入,我们推导出可实现的界限,提供了一个指数优势的无记忆的情况下。对于量子比特,我们的界限与热浴算法冷却的界限一致,我们的框架将其推广到任意维度。最后,我们描述了自适应逐步优化协议,优于所有标准程序。
2020-11-05 quant-ph
Antibunching via cooling by heating
我们研究了光子(声子)场经历线性和非线性阻尼过程的统计特性。一个有效的双光子(声子)的非线性“冷却加热”的过程中实现了从线性阻尼的光谱过滤系统中存在的热浴。这种由非相干量子热噪声驱动的冷却过程可以产生光子场的量子态。事实上,对于高温的光谱过滤热浴,亚泊松统计与强反聚束的光子(声子)领域的报道。这种由非相干热量子噪声引起的量子性的出现和控制的概念被应用于由两能级系统和谐振子或类似的光机设置组成的量子系统。我们的分析可能提供一个有前途的方向,通过非线性阻尼,可以控制与非相干热量子噪声的量子特征的制备和保护。
2022-01-04 quant-ph
Laser cooling of a nanomechanical oscillator into its quantum ground state
形成图案化的Si纳米梁,其支持经由辐射压力耦合的共定位的声学和光学共振。从T=20K的浴温开始,利用光辐射压力将3.68GHz纳米机械模式冷却到其量子力学基态。印在透射的冷却激光束上的机械模位移波动表明,获得了0.85 ± 0.04的最终声子模占有率。
2011-06-18 quant-ph
Enhanced cooling for stronger qubit-phonon couplings
在这里,我们提出的细节如何影响的光学机械系统的冷却效果超出长期近似。为此,我们研究了一种激光驱动的嵌入声子纳米腔中的二能级量子点(QD),在中等强度的QD-声子耦合下。对于这些制度,使用长期近似内的量子点声子相互作用项不再是合理的,因为快速振荡项不能从系统动力学忽略。因此,人们表明,虽然很小,但它们的贡献在实现量子冷却时起着重要作用。分析估计了快速振荡项的主要贡献,并比较了量子冷却动力学在秒近似内或秒近似外的变化。通过声子场统计研究了稳态下量子冷却效应的行为。
2018-03-15 quant-ph
Vacuum-stimulated cooling of single atoms in three dimensions
驯服量子动力学过程是量子物理学新应用的关键,例如在量子信息科学中。在单原子和单光子水平上控制光-物质相互作用可以在腔量子电动力学中实现,特别是在原子和腔形成单一实体的强耦合区域中。在光学领域,这需要在微腔中永久捕获和冷却原子。在冷却激光器、陷阱激光器和腔真空正交布置的情况下,实现了三维腔冷却和陷阱。这导致平均单原子捕获时间超过15秒,这对于永久观察下的强耦合原子来说是前所未有的。
2005-08-01 quant-ph
Experimental demonstration of quantum cooling engine powered by entangled measurement
传统的制冷是由外力或信息反馈机制驱动的。令人惊讶的是,通常有害的量子测量和塌缩也可以用于为冷却引擎提供动力,甚至不需要任何反馈机制。在这项工作中,我们实验证明了量子测量冷却(QMC)的纠缠测量供电,通过使用一种新的线性光学模拟器。在模拟器中,通过调节工质的能级间距和热浴温度,可以模拟不同的热力过程。我们的实验表明,没有事先了解的测量,QMC仍然可能发生。我们还证明了QMC对测量噪声是鲁棒的。这些实验结果表明,量子测量并不总是有害的,但可以是一个有价值的热力学资源。
2023-02-23 quant-ph
Quantum ground-state cooling and tripartite entanglement with three-mode optoacoustic interactions
本文对光腔中三模光声参量相互作用进行了量子分析,其中两个正交的横光腔模通过辐射压力耦合到一个声学模。由于最佳频率匹配-两个腔模式的频率间隔等于声学模式频率-载波和边带场同时谐振并相干建立。这种机制显著增强了量子机制中的光声耦合。它允许在小规模的桌面实验中探索光声相互作用的量子行为。我们明确地表明,给定一个实验上可实现的参数,三模方案可以实现量子基态冷却的毫克尺度的机械振荡器,并创建强大的静态三部分光声量子纠缠。
2009-08-29 quant-ph
Double-Bracket Algorithmic Cooling
University of Oxford(牛津大学);Nanyang Technological University(南洋理工大学)
本研究提出双括号算法冷却(DBAC)协议,通过模拟量子虚时演化抑制纯态量子相干性,其电路与输入态无关,可在无测量下拓展算法冷却目标,且更多输入量子比特能提升冷却性能,为量子热力学基础任务提供新路径。
2025-09-30 quant-ph