[논문 리뷰] Synchronization and subradiance as signatures of entangling bath between superconducting qubits

Marco Cattaneo, Gian Luca Giorgi외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 13.

Atomic and Subatomic Physics Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 두 초전도 큐비트가 공통의 버스를 통해 상호작용할 때 발생하는 얽힘, 동기화, 그리고 저방사성 현상이 비마르코프, 얽힌 버스 동역학의 서명이 될 수 있음을 조사한다. 두 트랜스몬 큐비트가 공통의 저항기와 결합된 모델을 사용하여, 저항기의 동역학적 특성과 관련된 동기화 및 저방사성이 얽힘의 신뢰할 수 있는 신호가 될 수 있음을 보여주며, 수집성 측정법이 얽힘 동역학을 정밀하게 따라가며 스케일러블한 양자 시뮬레이션 플랫폼을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 전체 상태 단층 촬영 없이도 초전도 큐비트 시스템에서 엽힘 공통 버스의 신뢰할 수 있는 서식을 식별하기 위해.
• 동기화 및 저방사성이 버스에 의해 유도된 얽힘의 간접적이고 관측 가능한 지표로 사용될 수 있는지 조사하기 위해.
• 최근 제안된 수집성 측정법이 열린 양자 시스템에서의 얽힘 동역학에 대한 증거로 평가하기 위해.
• 기존 초전도 큐비트 기술을 활용한 실현 가능한 실험적 구현 방안을 제안하기 위해.

제안 방법

• 공통의 저항기를 통해 결합된 두 초전도 트랜스몬 큐비트를 모델링하여 공통 버스를 시뮬레이션하기 위해.
• 다양한 결합 영역에서 시스템의 동역학을 분석하여 동기화 및 저방사성이 나타나는 조건을 규명하기 위해.
• 최근 제안된 동적 수집성 측정법을 사용하여 얽힘 진화와 비교하기 위해.
• 전체 상태 단층 촬영이 필요 없이 국소 관측량을 활용하여 동기화 및 저방사성을 탐지하기 위해.
• 비마르코프 효과를 연구하기 위해 개방 양자 시스템의 마스터 방정식을 유도하고 해석하기 위해.
• 실험적 검증을 위한 스케일러블한 양자 시뮬레이션 플랫폼을 모델 기반으로 설계하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 조건에서 동기화 및 저방사성이 엽힘 공통 버스의 신뢰할 수 있는 지표로 나타나는가?
• RQ2 제안된 수집성 측정법이 시스템 내 실제 얽힘 생성과 얼마나 잘 상관되는가?
• RQ3 전체 상태 단층 촬영 없이 국소 관측량이 동기화 및 저방사성을 탐지할 수 있는가?
• RQ4 공통 버스가 존재할 때 저방사성과 얽힘 사이의 관계는 어떠한가?
• RQ5 제안된 모델은 기존의 초전도 큐비트 기술로 어떻게 실험적으로 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 동기화 및 저방사성은 국소 측정만으로도 가능하며, 엽힘 공통 버스의 강력한 서식으로 나타난다.
• 수집성 측정법이 얽힘 동역학을 정밀하게 따라가며, 얽힘 생성에 효과적인 증거로 기능한다.
• 저방사성은 얽힘과 강하게 상관되어 있으며, 이는 집단적 붕괴 과정이 비고전적 상관관계를 시사함을 나타낸다.
• 두 트랜스몬 큐비트가 공통 저항기와 연결된 제안된 모델은 개방 시스템의 동역학을 실험적으로 실현할 수 있다.
• 이 시스템은 버스에 의해 유도된 상관관계로 인해 지속적인 얽힘과 집단적 방출을 보이는 비마르코프 행동을 나타낸다.
• 결과적으로 동기화 및 저방사성이 초전도 양자 프로세서에서 엽힘 버스의 실용적이고 스케일러블한 지표로 사용될 수 있음을 시사한다.