[论文解读] Photonic Kondo Resonance and Asymptotic Freedom from Nonlinear Optics

Karyn Le Hur|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2011

Quantum Information and Cryptography被引用 1

一句话总结

该论文通过可调谐传输线耦合的超导量子器件，实现了光子系统的Kondo共振与渐近自由。在非线性光学装置中调控光子-玻色子相互作用，观测到在重正化qubit频率处的弹性光子再发射，并表明在低温下增加输入功率会抑制传输，揭示了微波光中的渐近自由现象。

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.

研究动机与目标

• 通过光子系统模拟非费米液体行为，如Kondo效应。
• 在量子光学平台中实现如渐近自由等重整化群现象。
• 探索可调谐多体量子系统中光子激发与qubit动力学的相互作用。
• 在微波光子系统中实验观测自旋-玻色模型的可测量特征。

提出的方法

• 将超导qubit耦合至两条可调谐传输线，以模拟自旋-玻色哈密顿量。
• 将微波光子注入系统，探测在阻尼不足区域下qubit的响应。
• 通过测量光子传输，检测在重正化qubit频率处的共振吸收与弹性再发射。
• 通过调节输入信号幅度与温度，调控系统响应，以探测渐近自由现象。
• 利用非线性光学效应，构建光子与人工自旋-1/2粒子之间的有效相互作用。
• 通过测量的传输谱验证Kondo共振与渐近自由的理论建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 光子系统能否模拟凝聚态系统中观测到的Kondo共振？
• RQ2 在非线性耦合的qubit-玻色子系统中，增加输入信号幅度如何影响光子传输？
• RQ3 渐近自由能否在自旋-玻色模型的光子实现中出现？
• RQ4 温度在该装置中对重正化qubit动力学的出现起何种作用？
• RQ5 在重正化qubit频率处是否存在弹性光子再发射的可测量特征？

主要发现

• 观测到多体共振现象：光子在重正化qubit频率处被吸收，并在前向方向弹性再发射。
• 在低温下，随着输入信号幅度增加，传输峰减弱，表明渐近自由的出现。
• 通过光子激发与人工自旋-1/2粒子之间的纠缠，系统表现出红外束缚。
• 观测到的共振与阻尼不足区域中各向异性Kondo模型的理论预测一致。
• 传输线的可调谐性使得有效耦合强度与重正化尺度得以调控。
• 在高功率、低温条件下，传输峰的抑制证实了渐近自由的实验特征。