[论文解读] Entanglement Dynamics of a Coupled Phase Qubit-TLS System

Guozhu Sun, Zhongyuan Zhou+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2011

Quantum Information and Cryptography被引用 1

一句话总结

本研究调查了宏观约瑟夫森相位量子比特与微观双态系统（TLS）组成的混合系统中的纠缠动力学，观测到凹度（concurrence）中的受激与自发振荡——用于量化纠缠。关键结果为实验展示了纠缠的突然消失与重现，以及退相干和交流驱动对量子关联的影响。

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.

研究动机与目标

• 研究宏观相位量子比特与微观双态系统（TLS）组成的混合系统中的量子纠缠动力学。
• 表征外部交流驱动如何影响二体系统中纠缠的演化。
• 研究退相干对纠缠的影响，特别是纠缠突然消失现象。
• 在具有可调耦合的固态量子系统中，使用凹度对纠缠进行定量测量。
• 探索相干驱动与退相干之间的相互作用，以调控量子关联。

提出的方法

• 采用强耦合至微波腔中嵌入的微观TLS的超导相位量子比特。
• 使用微波脉冲实现系统共振驱动，以控制纠缠动力学。
• 通过量子态层析技术测量凹度的时间演化，以量化纠缠。
• 施加受控的退相干环境，以研究其对纠缠衰减与重现的影响。
• 分析凹度中的振荡行为，以识别自发与受激纠缠动力学的特征。
• 使用理论模型解释实验数据，重点关注量子比特-TLS耦合与外部驱动之间的相互作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 交流驱动如何影响相位量子比特-TLS系统中纠缠的振荡与衰减？
• RQ2 退相干在该混合系统中诱导纠缠突然消失的作用是什么？
• RQ3 能否通过凹度实验观测并量化自发纠缠振荡？
• RQ4 量子比特与TLS之间的耦合强度如何影响纠缠动力学？
• RQ5 在退相干存在下，外部驱动在多大程度上可逆转或调制纠缠衰减？

主要发现

• 实验观测到凹度中的明显振荡，表明在受激与自发条件下均存在动态纠缠演化。
• 实验观测到纠缠突然消失，即由于退相干导致纠缠在有限时间内完全消失。
• 在突然消失后检测到纠缠重现，证明了系统中存在非马尔可夫行为。
• 交流驱动被证明可调制纠缠振荡的频率与振幅，从而实现对量子关联的调控。
• 发现退相干会加速纠缠衰减，但系统表现出记忆效应，导致部分或完全重现。
• 凹度测量为混合量子比特-TLS系统中纠缠动力学的理论预测提供了定量验证。