[論文レビュー] Synchronization and subradiance as signatures of entangling bath between superconducting qubits

Marco Cattaneo, Gian Luca Giorgi+3 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2020

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、2つの超伝導キュービットが共通のバスタイに接続されている場合に、エンタングルメント、同期、サブラディアンスといった現象が生じる仕組みを調査している。これらは非マーカフィアン的かつエンタングルメントを引き起こすバストラジェクトリの兆候である。2つのトランスモンキュービットが共通の抵抗に結合されたモデルを用いて、著者らは、同期とサブラディアンスがエンタングルメントを信頼性高く示すことができることを示した。また、集団性を表す指標がエンタングルメントのダイナミクスをよく追跡しており、スケーラブルな量子シミュレーションプラットフォームを提供する。

ABSTRACT

A common environment acting on two superconducting qubits can give rise to a plethora of phenomena, such
 as the generation of entanglement between the qubits that, beyond its importance for quantum computation tasks, also enforces a change of strategy in quantum error correction protocols. Further effects induced by a common bath are quantum synchronization and subradiance. Contrary to entanglement, for which full-state to- mography is necessary, the latter can be assessed by detection of local observables only. In this work we explore different regimes to establish when synchronization and subradiance can be employed as reliable signatures of an entangling common bath. Moreover, we address a recently proposed measure of the collectiveness of the dynamics driven by the bath, and find that it almost perfectly witnesses the behavior of entanglement. Finally, we propose an implementation of the model based on two transmon qubits capacitively coupled to a common resistor, which may be employed as a versatile quantum simulation platform of the open system in general regimes.

研究の動機と目的

• 完全状態トモグラフィーを用いない超伝導キュービット系におけるエンタングリング共通バストラジェクトリの信頼性の高い兆候を同定すること。
• 同期とサブラディアンスが、バストラジェクトリに起因するエンタングルメントを間接的かつ観測可能な指標として機能するかどうかを調査すること。
• 最近提案された集団性指標が、開放系におけるエンタングルメントダイナミクスの見守りとして有効かどうかを評価すること。
• 既存の超伝導キュービット技術を用いた、実現可能性のある実験的実装を提案し、量子シミュレーションを行うこと。

提案手法

• 共通の抵抗にキャパシティブに結合された2つの超伝導トランスモンキュービットをモデル化し、共通バストラジェクトリを模擬する。
• 異なる結合状態における系のダイナミクスを分析し、同期とサブラディアンスが出現する条件を同定する。
• 最近提案された動的集団性の測定法を用いて、エンタングルメントの変化と比較する。
• 完全状態トモグラフィーを必要とせず、局所的観測量を用いて同期とサブラディアンスを検出する。
• 開放系のマスター方程式を導出し、解くことで非マーカフィアン効果を研究する。
• 実験的検証を想定した、スケーラブルな量子シミュレーションプラットフォームをモデルに基づいて設計する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同期とサブラディアンスが、エンタングリング共通バストラジェクトリの信頼性の高い指標として現れる条件は何か？
• RQ2 提案された集団性指標は、系内での実際のエンタングルメント生成とどの程度相関しているか？
• RQ3 完全状態トモグラフィーを必要とせず、局所的観測量が同期とサブラディアンスを検出できるか？
• RQ4 共通バストラジェクトリの存在下で、サブラディアンスとエンタングルメントの関係は何か？
• RQ5 提案されたモデルは、既存の超伝導キュービット技術を用いてどのように実験的に実装できるか？

主な発見

• 同期とサブラディアンスは、エンタングリング共通バストラジェクトリの強固な兆候であり、局所的測定のみで検出可能である。
• 集団性指標はエンタングルメントダイナミクスをよく追跡しており、エンタングルメント生成の有効な見守りとして機能する。
• サブラディアンスはエンタングルメントと強く相関しており、集団的崩壊過程が非古典的相関を示すことを示している。
• 2つのトランスモンキュービットが共通の抵抗に結合された本モデルは、開放系ダイナミクスの実験的実現を可能にする。
• 系はバストラジェクトリに起因する相関が持続的エンタングルメントと集団的放射を引き起こす非マーカフィアン的挙動を示す。
• 本研究の結果から、同期とサブラディアンスは、超伝導量子プロセッサにおけるエンタングリングバストラジェクトリの実用的かつスケーラブルな指標として利用可能であると考えられる。