[論文レビュー] Estimate of Minimal Noise in a Quantum Conductor

Hyun‐Woo Lee, Leonid Levitov|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 1995

Theoretical and Computational Physics被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、時間変化する磁束によって駆動される量子導体におけるゼロ温度における電荷揺らぎを調査し、最適な磁束変調による最小限のノイズを導出する。最適な磁束変動は、量子化された磁束変化に対応する離散的なソリトン様パルスの集合であり、最小ノイズは系の散乱行列によって定まる二項分布と一致し、このような系におけるノイズの根本的な量子限界を確立する。

ABSTRACT

We study zero temperature fluctuations of charge flow in a metallic loop induced by time dependent magnetic flux, and solve for the optimal way of varying flux in order to minimize noise. Optimal time dependence of the flux is a sum of ``solitons,'' each corresponding to quantized flux change. Minimal noise coincides with that for the binomial distribution with the number of attempts equal to the number of solitons and with the probabilies defined by the scattering matrix of the system.

研究の動機と目的

• 量子導体におけるゼロ温度での電荷ノイズの根本的な下限を特定すること。
• 電荷揺らぎを最小化するための磁束の時間的依存性を同定すること。
• 最小ノイズを系の散乱行列の統計的性質に関連付けること。
• 外部磁束によって駆動されるコherentな導体におけるノイズの量子力学的下限を確立すること。

提案手法

• 量子導体を時間に依存する磁束が貫通する金属的ループとしてモデル化する。
• 線形応答理論を用いて、磁束変化に起因する電流揺らぎを計算する。
• ノイズのパワースペクトル密度を最小化することで、磁束の時間的依存性を最適化する。
• 最適な磁束プロファイルが、それぞれが量子化された磁束変化に対応するソリトンの和であることを示す。
• 得られるノイズのパワースペクトルを、散乱行列によって設定されたパrameterを持つ二項分布と同等と導出する。
• 散乱行列を用いて各磁束量子の移動確率を定義し、ノイズを量子輸送に関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゼロ温度における量子導体で達成可能な最小の電荷ノイズは何か？
• RQ2 磁束をどのように時間的に変化させれば、ノイズを最小限にできるか？
• RQ3 最小ノイズの統計的性質は何か？ そして、それは系の散乱行列とどのように関係するか？
• RQ4 最小ノイズは既知の確率分布で記述可能か？
• RQ5 離散的磁束量子は、コherentな導体におけるノイズ低減にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 最小ノイズは、磁束がソリトン様パルスの列によって変動する場合に達成される。各パルスは磁束の量子化された変化に対応する。
• 最適な磁束変動は、導体の散乱行列によって決定され、各磁束量子移動の確率を設定する。
• 得られるノイズのパワースペクトル密度は、ソリトンの数が試行回数となる二項分布と一致する。
• 電荷移動分布の分散は最小化され、散乱行列によって定まる量子限界に達する。
• 最小ノイズは、磁束変化の離散的・量子化された性質と、系内の量子コherenceに根本的に関連している。
• この結果により、外部磁束によって駆動されるコherentな導体における電荷ノイズの普遍的な下限が確立される。