[논문 리뷰] Entanglement Dynamics of a Coupled Phase Qubit-TLS System

Guozhu Sun, Zhongyuan Zhou외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 13.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 거대한 조셉슨 위상 큐비트와 미세한 두 상태 체계(TLS)로 구성된 하이브리드 시스템에서의 얽힘 동역학을 조사하며, 얽힘을 수량화하는 데 사용되는 콘쿠르런스(concurrence)에서 강제 및 자발적 진동을 관측한다. 주요 결과는 실험적으로 얽힘의 급작스러운 사라름과 회복을 입증한 것으로, 디코herence 및 교류(ac) 구동이 양자 상관관계에 미치는 영향을 포함한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 거대한 위상 큐비트와 미세한 두 상태 체계(TLS)로 구성된 하이브리드 시스템에서의 양자 얽힘 동역학을 조사하기 위해.
• 외부 교류 구동이 이분기계 시스템에서의 얽힘 진화에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 디코herence가 얽힘에 미치는 영향, 특히 얽힘의 급작스러운 사라름 현상에 영향을 분석하기 위해.
• 조절 가능한 결합을 가진 고체 상태 양자 시스템에서 콘쿠르런스를 사용하여 얽힘을 정량적으로 측정하기 위해.
• 공명 구동과 디코herence 간의 상호작용이 양자 상관관계를 제어하는 데 미치는 영향을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 마이크로파 캐비티에 내장된 미세한 TLS와 강하게 결합된 초전도 위상 큐비트를 사용하여 시스템을 구성한다.
• 마이크로파 펄스를 사용하여 시스템을 공명 조건에서 구동함으로써 얽힘의 동역학을 제어한다.
• 양자 상태 단층 촬영을 통해 콘쿠르런스의 시간적 진화를 측정하여 얽힘을 수량화한다.
• 통제된 디코herence 환경을 적용하여 얽힘의 붕괴 및 복귀에 미치는 영향을 연구한다.
• 콘쿠르런스의 진동 행동을 분석하여 자발적 및 강제 얽힘 동역학의 징후를 식별한다.
• 이론적 모델을 사용하여 실험 데이터를 해석하며, 큐비트-TLS 결합과 외부 구동 간의 상호작용에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 교류 구동은 단극 큐비트-TLS 시스템에서 얽힘의 진동과 붕괴에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 디코herence는 이 하이브리드 시스템에서 얽힘의 급작스러운 사라름을 유도하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 자발적 얽힘 진동은 콘쿠르런스를 사용하여 실험적으로 관측하고 정량화할 수 있는가?
• RQ4 큐비트와 TLS 간의 결합 강도는 얽힘의 동역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 디코herence 존재 조건에서 외부 구동이 얽힘 붕괴를 얼마나 제어하거나 변조할 수 있는가?

주요 결과

• 실험적으로 콘쿠르런스의 명확한 진동을 관측하여, 강제 및 자발적 조건 하에서 동적인 얽힘 진화가 발생하는 것을 확인하였다.
• 디코herence로 인해 유한한 시간 내에 완전히 사라지는 얽힘의 급작스러운 사라름이 실험적으로 관측되었다.
• 급작스러운 사라름 이후에 얽힘이 복귀하는 것이 검출되어 시스템이 비마르코프 특성을 보임을 입증하였다.
• 교류 구동은 얽힘 진동의 주파수와 진폭을 조절할 수 있었으며, 이는 양자 상관관계 제어의 가능성을 보여주었다.
• 디코herence는 얽힘 붕괴를 가속화하는 것으로 나타났지만, 시스템은 기억 효과를 보이며 부분적 또는 완전한 복귀를 보였다.
• 콘쿠르런스 측정 결과는 하이브리드 큐비트-TLS 시스템에서의 얽힘 동역학에 대한 이론적 예측을 정량적으로 검증하였다.