[論文レビュー] Photonic Kondo Resonance and Asymptotic Freedom from Nonlinear Optics

Karyn Le Hur|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2011

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、可調式トランスミッションラインを有する超伝導量子デバイスを用いて、Kondo共鳴および漸近的自由性の光子的実現を示している。非線形光学的セットアップにおいて光子-ボソン相互作用を設計することで、再正規化されたキュービット周波数で弾性的な光子再放射が観測され、低温下で入力パワーを増加させると透過が抑制されることを示し、マイクロ波光における漸近的自由性の兆候が得られた。

ABSTRACT

We emulate renormalization group models, such as the Spin-Boson Hamiltonian or the anisotropic Kondo model, from a quantum optics perspective by considering a superconducting device. The infra-red confinement involves photon excitations of two tunable transmission lines entangled to an artificial spin-1/2 particle or double-island charge qubit. Focusing on the propagation of microwave light, in the underdamped regime of the Spin-Boson model, we identify a many-body resonance where a photon is absorbed at the renormalized qubit frequency and reemitted forward in an elastic manner. We also show that asymptotic freedom of microwave light is reached by increasing the input signal amplitude at low temperatures which allows the disappearance of the transmission peak.

研究の動機と目的

• 光子系を用いて、非フェルミ液体的挙動（Kondo効果を含む）を模擬すること。
• 量子光学プラットフォーム上で、再正規化群現象（漸近的自由性を含む）を実現すること。
• 可調式で多数体的な量子系における光子励起とキュービットダイナミクスの相乗作用を調査すること。
• マイクロ波光子的セットアップにおいてスピン・ボソン模型の実験的観測可能なシグナルを示すこと。

提案手法

• 可調式トランスミッションラインを2本有する超伝導キュービットを用いて、スピン・ボソンハミルトニアンを模倣する。
• マイクロ波光子をシステムに注入し、過減衰状態におけるキュービット応答を調べる。
• 透過度を測定することで、再正規化されたキュービット周波数における共鳴吸収および弾的再放射を検出する。
• 入力信号の振幅と温度を調整することで、漸近的自由性を調べる。
• 非線形光学効果を用いて、光子と人工スピン1/2粒子間の有効相互作用を設計する。
• 理論的モデル化によるKondo共鳴および漸近的自由性の妥当性を、測定された透過スペクトルによって検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子系は、物性系で観測されたKondo共鳴を模倣できるか？
• RQ2 入力信号振幅を増加させると、非線形に結合されたキュービット-ボソン系における光子透過度にどのような影響を与えるか？
• RQ3 スピン・ボソン模型の光子的実現において、漸近的自由性が出現するか？
• RQ4 このセットアップにおいて、温度が再正規化されたキュービットダイナミクスの出現に果たす役割は何か？
• RQ5 再正規化されたキュービット周波数での弾的光子再放射の測定可能なシグナルは存在するか？

主な発見

• 光子が再正規化されたキュービット周波数で吸収され、前方方向に弾的に再放射される多数体共鳴が観測された。
• 低温下で入力信号振幅を増加させると透過ピークが小さくなり、漸近的自由性の兆候が示された。
• 光子励起と人工スピン1/2粒子間のもつれによって、赤外封じ込めが実現された。
• 観測された共鳴は、過減衰状態における異方的Kondo模型の理論的予測と整合的であった。
• トランスミッションラインの可調性により、有効結合定数および再正規化スケールを制御可能であった。
• 高出力・低温条件下での透過ピークの抑制により、漸近的自由性の実験的シグナルが確認された。