[論文レビュー] Entanglement Dynamics of a Coupled Phase Qubit-TLS System

Guozhu Sun, Zhongyuan Zhou+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2011

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、マクロなジョセフソン位相キュービットとマイクロスコピックな二準位系（TLS）からなるハイブリッド系におけるもつれダイナミクスを調査し、もつれを定量化するためのconcurrenceにおける駆動および自発的振動を観測した。主な結果は、実験的にもつれの突然死と再生が確認されたこと、およびデコherenceとac駆動が量子相関に与える影響である。

ABSTRACT

Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA(Dated: November 23, 2011)We report the observation and quantitative characterization of driven and spontaneous oscilla-tions of quantum entanglement, as measured by concurrence, in a bipartite system consisting of amacroscopic Josephson phase qubit coupled to a microscopic two-level system. The data clearlyshow the remarkable behavior of entanglement dynamics such as sudden death and revival, and thee ect of decoherence and ac driving on entanglement.

研究の動機と目的

• マクロな位相キュービットとマイクロスコピックな二準位系（TLS）からなるハイブリッド系における量子もつれダイナミクスを調査すること。
• 外部からのac駆動が双粒子系におけるもつれの進化に与える影響を特徴づけること。
• デコherenceがもつれに与える影響、特にもつれの突然死という現象を調べること。
• 可調節結合を有する固体状態量子系において、concurrenceを用いてもつれを定量的に測定すること。
• コherent駆動とデコherenceの間の相互作用が量子相関を制御するメカニズムを探索すること。

提案手法

• マイクロ波キャビティに埋め込まれたマイクロスコピックなTLSと強く結合した超伝導位相キュービットを用いる。
• マイクロ波パルスを用いて系を共鳴的に駆動し、もつれダイナミクスの制御を可能にする。
• 量子状態トモグラフィーを用いてconcurrenceの時間発展を測定し、もつれの定量的評価を行う。
• 制御されたデコherence環境を適用し、もつれの崩壊および再生に及ぼす影響を研究する。
• concurrenceにおける振動的挙動を分析し、自発的および駆動されたもつれダイナミクスの兆候を特定する。
• 理論的モデルを用いて実験データを解釈し、キュービット-TLS結合と外部駆動の相互作用に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ac駆動は位相キュービット-TLS系におけるもつれの振動および崩壊にどのように影響するか？
• RQ2 デコherenceはこのハイブリッド系におけるもつれの突然死を引き起こす役割を果たすか？
• RQ3 自発的もつれ振動は、concurrenceを用いて実験的に観測可能であり、定量的測定が可能か？
• RQ4 キュービットとTLS間の結合強度はもつれダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ5 デコherenceが存在する中で、外部駆動がもつれ崩壊を逆転または変調できる範囲はどの程度か？

主な発見

• 実験では、駆動および自発的状態の両方において、明確なconcurrenceの振動が観測され、動的もつれ進化が示された。
• もつれの突然死が実験的に観測され、デコherenceによって有限時間内にもつれが完全に消失した。
• 突然死の後にもつれの再生が検出され、系に非マーカフ的挙動が存在することを示した。
• ac駆動はもつれ振動の周波数および振幅を変調でき、量子相関の制御が可能であることを示した。
• デコherenceはもつれ崩壊を加速することが判明したが、系は記憶効果を示し、部分的または完全な再生を示した。
• concurrenceの測定結果は、ハイブリッドキュービット-TLS系におけるもつれダイナミクスの理論的予測を定量的に裏付けた。