[论文解读] Efficient steady state entanglement generation in strongly driven coupled qubits
该论文提出了一种通过利用三能级系统中的兰道-泽纳-施特克尔伯格干涉效应并工程化非对称的量子比特-环境耦合，在强驱动的耦合超导量子比特中生成最大纠缠稳态的机制。该方法在无需微调多光子共振的情况下，实现了宽范围驱动幅度下的近似最大 concurrence（接近1），其依赖于量子比特-量子比特耦合的符号以及快速弛豫通道。
We report on a mechanism to optimize the generation of steady-state entanglement in a system of coupled qubits driven by microwave fields. Due to the interplay between Landau-Zener-St\"uckerlberg pumping involving three levels and a subsequent fast relaxation channel, which is activated by tuning the qubits-reservoir couplings, a maximally entangled state can be populated. This mechanism does not require from the fine-tuning of multiphoton-resonances but depends on the sign of the qubit-qubit coupling. In particular, we find that by a proper design of the system parameters and the driving protocol, the two-qubits steady-state concurrence can attain values close to 1 in a wide range of driving amplitudes. Our results may be useful to gain further insight into entanglement control and manipulation in dissipative quantum systems exposed to strong driving.
研究动机与目标
- 在强驱动条件下，实现开放量子系统中稳健且高保真度的稳态纠缠。
- 克服现有方案依赖多光子共振微调的局限性。
- 利用工程化耗散与三能级动力学稳定最大纠缠。
- 证明非对称量子比特-环境耦合可实现高效的纠缠生成。
提出的方法
- 使用具有时间周期性哈密顿量 H_s(t) = H_0 + V(t) 的驱动双量子比特系统，其中 V(t) 通过微波场驱动系统。
- 通过 H_sb = (γ₁σ_z^(1) + γ₂σ_z^(2)) ⊗ B 建模系统-环境耦合，其中 γ₁ ≠ γ₂ 以打破对称性。
- 应用弗洛quet-玻恩-马尔可夫方法求解周期性驱动下的开放量子系统动力学。
- 聚焦于涉及兰道-泽纳-施特克尔伯格泵浦与选择性弛豫的三能级机制（非共振三能级，O3L）。
- 使用 concurrence 作为纠缠的度量，从一个驱动周期内平均的约化密度矩阵 ρ(t) 计算得出。
- 数值求解量子主方程以追踪时间演化并识别稳态特性。
实验结果
研究问题
- RQ1是否可以在不微调多光子共振的情况下生成稳态纠缠？
- RQ2非对称量子比特-环境耦合如何影响驱动耗散系统中的纠缠生成？
- RQ3通过LZS干涉实现的三能级动力学在实现高concurrence中起到什么作用？
- RQ4在强驱动条件下，快速弛豫通道是否能稳定最大纠缠？
主要发现
- 所提出的机制在宽范围的驱动幅度下，实现了双量子比特稳态concurrence值非常接近1。
- 最大纠缠通过三能级兰道-泽纳-施特克尔伯格干涉过程与由非对称量子比特-环境耦合激活的快速弛豫通道共同稳定。
- 该方案无需微调多光子共振，与依赖此类共振的先前方法形成对比。
- 量子比特-量子比特耦合 J 的符号至关重要：当 J < 0 时，纠缠达到最大值，从而实现所需的能级排序。
- 即使在强驱动且远离共振的情况下，该机制依然有效，展现出对参数变化的鲁棒性。
- 与依赖共振微调的方案相比，稳态纠缠显著更高，后者因破坏性干涉或退相干而面临较低的concurrence。
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