[論文レビュー] Electromagnetically induced transparency in a superconducting three-level system

Mika A. Sillanpää, Jian Li+6 more|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2009

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、人工原子としてのジョセフソン位相キュービットを用いて、超伝導3準位系における電磁誘起透過（EIT）を示している。強い結合場を1つの遷移に共鳴させる際、プローブ場の吸収が抑制され、透過窓が形成される。これは、三準位ハミルトニアンモデルによって説明されており、より複雑な散乱的シミュレーションと非常に良好な一致を示している。

ABSTRACT

When a three-level quantum system is irradiated by an intense coupling field resonant with one of the three possible transitions, the absorption peak of an additional probe field involving the remaining level is split. This process is known in quantum optics as the Autler-Townes effect. We observe these phenomena in a superconducting Josephson phase qubit, which can be considered an artificial atom with a multilevel quantum structure. The spectroscopy peaks can be explained reasonably well by a simple three-level Hamiltonian model. Simulation of a more complete model (including dissipation, higher levels, and cross-coupling) provides excellent agreement with all the experimental data.

研究の動機と目的

• 超伝導人工原子における量子光学効果（例：オートラー＝タウンズ効果）を調査すること。
• 固体状態キュービット系において電磁誘起透過（EIT）を実現できる条件を探ること。
• 多準位超伝導回路の理論的モデルを実験的スペクトルデータと照合すること。
• 散乱、高エネルギー準位、クロスカップリングが観測されたスペクトル特徴に与える影響を理解すること。

提案手法

• ジョセフソン位相キュービットに、その3準位遷移の1つと共鳴する強い結合場を照射する。
• 残りの遷移でプローブ場の透過を測定するため、弱いプローブ場を適用する。
• 準位間のコherentlyな結合を記述するために、三準位ハミルトニアンを用いてシステムをモデル化する。
• 実験データに一致させるために、散乱、高励起準位、カップリングクロスタブを含むより包括的なモデルをシミュレートする。
• 得られたスペクトルピークを分析し、電磁誘起透過およびオートラー＝タウンズ分裂の兆候を特定する。
• 実験結果と理論的予測を比較し、拡張モデルの正確性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超伝導3準位系において電磁誘起透過を観測できるか？
• RQ2 強い結合場をジョセフソンキュービットのプローブ場の透過スペクトルに与える影響は何か？
• RQ3 単純な三準位ハミルトニアンモデルが観測されたスペクトル特徴をどの程度説明できるか？
• RQ4 散乱、高エネルギー準位、クロスカップリングが、理想化されたモデルと比較して実験スペクトルに与える影響は何か？
• RQ5 このシステムにおいて、フル散乱的シミュレーションと実験データの一致度はどの程度か？

主な発見

• 強い結合場を用いたコherentlyな制御により、超伝導3準位系で電磁誘起透過が観測された。
• プローブ場の吸収ピークがオートラー＝タウンズ効果により分裂し、キュービット準位間の強い結合を示している。
• 単純な三準位ハミルトニアンモデルが、観測されたスペクトルピークを妥当に説明している。
• 散乱、高エネルギー準位、クロスカップリングを含むより包括的なモデルが、すべての実験データと非常に良好な一致を示している。
• 実験結果は、超伝導ジョセフソン位相キュービットが制御可能な量子光学的応答を示すチューナブルな人工原子として振る舞うことを確認している。