[论文解读] Estimate of Minimal Noise in a Quantum Conductor

Hyun‐Woo Lee, Leonid Levitov|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 1995

Theoretical and Computational Physics被引用 10

一句话总结

本文研究了在时变磁通驱动下的量子导体在零温下的电荷涨落，通过最优磁通调制推导出可能的最小噪声。最优磁通变化由对应于量子化磁通变化的离散孤立子脉冲组成，且最小噪声与由系统散射矩阵决定的二项分布一致，从而确立了此类系统中噪声的根本量子极限。

ABSTRACT

We study zero temperature fluctuations of charge flow in a metallic loop induced by time dependent magnetic flux, and solve for the optimal way of varying flux in order to minimize noise. Optimal time dependence of the flux is a sum of ``solitons,'' each corresponding to quantized flux change. Minimal noise coincides with that for the binomial distribution with the number of attempts equal to the number of solitons and with the probabilies defined by the scattering matrix of the system.

研究动机与目标

• 确定在零温下量子导体中电荷噪声的根本下限。
• 确定使电荷涨落最小化的磁通时间依赖关系。
• 将最小噪声与系统散射矩阵的统计特性联系起来。
• 确立由外部磁通驱动的相干导体中噪声的量子力学下限。

提出的方法

• 将量子导体建模为被时变磁通穿过的金属环。
• 使用线性响应理论计算由磁通变化引起的电荷电流涨落。
• 通过最小化噪声功率谱密度来优化磁通时间依赖关系。
• 证明最优磁通剖面是由每个对应于量子化磁通变化的孤立子组成的和。
• 推导出结果噪声功率，其等价于由散射矩阵设定参数的二项分布。
• 利用散射矩阵定义每个磁通量子转移的概率，将噪声与量子输运联系起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 在零温下，量子导体中可能的最小电荷噪声是多少？
• RQ2 应如何随时间调节磁通以实现最低可能的噪声？
• RQ3 最小噪声的统计性质是什么，它与系统散射矩阵有何关联？
• RQ4 最小噪声能否用已知的概率分布描述？
• RQ5 离散磁通量子在最小化相干导体中噪声方面起什么作用？

主要发现

• 当磁通通过一系列孤立子样脉冲变化时，可实现最小噪声，每个脉冲对应于一次量子化磁通变化。
• 最优磁通变化由导体的散射矩阵决定，该矩阵设定了每次磁通量子转移的概率。
• 由此产生的噪声功率谱密度与参数为孤立子数量的二项分布相同。
• 电荷转移分布的方差被最小化，并达到由散射矩阵设定的量子极限。
• 最小噪声从根本上与磁通变化的离散、量子化特性以及系统的量子相干性相关。
• 该结果确立了由外部磁通驱动的相干导体中电荷噪声的普遍下限。