[논문 리뷰] Photonic Kondo Resonance and Asymptotic Freedom from Nonlinear Optics

Karyn Le Hur|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 04.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 조절 가능한 전송선을 갖춘 초전도 큐비트에 연결된 광학 장치를 사용하여 쿠론드 공명과 점 渐진 자유도를 광학적으로 실현한다. 비선형 광학 장치에서 광자-보스온 상호작용을 설계함으로써, 재조정된 큐비트 주파수에서 탄성 광자 재방출을 관측하고, 저온에서 입력 전력 증가 시 전송이 억제됨을 보여, 마이크로파 빛에서의 점 渐진 자유도를 나타낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 광학 시스템을 사용하여 비페르미 액체 거동, 예를 들어 쿠론드 효과를 시뮬레이션하기 위해.
• 양자 광학 플랫폼에서 점 渐진 자유도와 같은 리노멀화군 현상을 실현하기 위해.
• 조절 가능한 다체 양자 시스템에서 광자 자극과 큐비트 동역학 간의 상호작용을 탐색하기 위해.
• 마이크로파 광학 시스템에서 스핀-보스 모델의 실험적으로 관측 가능한 서명을 제시하기 위해.

제안 방법

• 초전도 큐비트를 두 개의 조절 가능한 전송선에 연결하여 스핀-보스 해밀토니안을 모방한다.
• 저항이 작은 상태에서 큐비트의 반응을 조사하기 위해 마이크로파 광자를 시스템에 주입한다.
• 재조정된 큐비트 주파수에서 공명 흡수와 탄성 재방출을 감지하기 위해 전송을 측정한다.
• 입력 신호의 세기와 온도를 조절하여 점 渐진 자유도를 탐색한다.
• 비선형 광학 효과를 사용하여 광자와 인공 스핀-1/2 입자 간의 효과적 상호작용을 설계한다.
• 측정된 전송 스펙트럼을 통해 쿠론드 공명과 점 渐진 자유도의 이론적 모델링을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학 시스템은 고체 물리계에서 관측된 쿠론드 공명을 모방할 수 있는가?
• RQ2 비선형적으로 결합된 큐비트-보스온 시스템에서 입력 신호 세기가 증가하면 광자 전송에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 스핀-보스 모델의 광학적 실현에서 점 渐진 자유도가 나타날 수 있는가?
• RQ4 이 설정에서 재조정된 큐비트 역학의 발생에 있어 온도는 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 재조정된 큐비트 주파수에서 탄성 광자 재방출의 측정 가능한 서명이 존재하는가?

주요 결과

• 광자가 재조정된 큐비트 주파수에서 흡수되고 전방 방향으로 탄성적으로 재방출되는 다체 공명이 관측된다.
• 저온에서 입력 신호 세력 증가 시 전송 피크가 감소함으로써 점 渐진 자유도의 발생이 나타난다.
• 광자 자극과 인공 스핀-1/2 입자 간의 얽힘을 통해 시스템은 적외선 고립을 나타낸다.
• 관측된 공명은 저항이 작은 상태에서 이방성 쿠론드 모델의 이론적 예측과 일치한다.
• 전송선의 조절 가능성 덕분에 효과적 결합 강도와 재조정 스케일을 제어할 수 있다.
• 고전력, 저온 조건에서 전송 피크의 억제를 통해 점 渐진 자유도의 실험적 서명이 확인되었다.