1Phòng thí nghiệm Frick, Đại học Princeton, Princeton NJ 08544, Hoa Kỳ
2Đại học Tulane, New Orleans, LA 70118, Hoa Kỳ
3Khoa Vật lý và Thiên văn học, Đại học Macquarie, Sydney, NSW 2109, Úc
4Instituto de Física Enrique Gaviola, CONICET và Đại học Nacional de Córdoba, Ciudad Universitaria, X5016LAE, Córdoba, Argentina
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Tăng tốc độ động lực học của hệ lượng tử là điều hết sức quan trọng đối với công nghệ lượng tử. Tuy nhiên, trong kích thước hữu hạn và không có kiến thức đầy đủ về các chi tiết của hệ thống, nó dễ dàng được chứng minh là $không thể$. Ngược lại, chúng tôi chỉ ra rằng các hệ biến thiên liên tục được mô tả bởi một lớp Hamilton bậc hai nhất định có thể được tăng tốc mà không cần kiến thức chi tiết như vậy. Chúng tôi gọi thủ tục kết quả là $textit{Khuếch đại Hamilton}$ (HA). Phương pháp HA dựa trên việc áp dụng các hoạt động nén cục bộ cho phép khuếch đại các khớp nối và tần số thậm chí chưa xác định hoặc nhiễu bằng cách tác động lên các chế độ riêng lẻ. Hơn nữa, chúng tôi trình bày cách kết hợp HA với khả năng tách động để đạt được Hamiltonian được khuếch đại mà không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn môi trường. Cuối cùng, chúng tôi minh họa việc giảm đáng kể thời gian cổng của các qubit cộng hưởng khoang như một ứng dụng tiềm năng của HA.
Tóm tắt phổ biến
Chúng tôi chỉ ra rằng một lớp lớn các toán tử bậc hai của Hamilton trong các toán tử vị trí và động lượng nói chung có thể được khuếch đại bởi các động cơ tham số cục bộ mà không cần biết chi tiết tham số của Hamiltonian. Bằng cách kết hợp những phát hiện của chúng tôi với việc tách rời động, chúng tôi đạt được tốc độ chung trong quá trình tiến hóa của một hệ lượng tử trong khi sự mất kết hợp đến từ sự tương tác với môi trường bị triệt tiêu. Mặc dù sự khuếch đại như vậy không hoạt động đối với hệ thống chỉ bao gồm các qubit, chúng tôi chứng minh cách triển khai các cổng logic lượng tử trong các hệ lượng tử lai có thể được tăng tốc thông qua sơ đồ khuếch đại đã phát triển
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] L. Dicarlo, MD Reed, L. Sun, BR Johnson, JM Chow, JM Gambetta, L. Frunzio, SM Girvin, MH Devoret và RJ Schoelkopf. Chuẩn bị và đo sự vướng víu ba qubit trong mạch siêu dẫn. Thiên nhiên, 467(7315):574–578, tháng 2010 năm 10.1038. doi:09416/natureXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên09416
[2] TA Palomaki, JD Teufel, RW Simmonds và KW Lehnert. Làm vướng chuyển động cơ học với trường vi sóng. Khoa học, 342(6159):710–713, tháng 2013 năm 10.1126. doi:1244563/science.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1244563
[3] D. Leibfried, B. DeMarco, V. Meyer, D. Lucas, M. Barrett, J. Britton, WM Itano, B. Jelenković, C. Langer, T. Rosenband và DJ Wineland . Trình diễn thử nghiệm cổng pha hai ion-qubit hình học mạnh mẽ, có độ chính xác cao. Thiên nhiên, 422(6930):412–415, tháng 2003 năm 10.1038. doi:01492/natureXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên01492
[4] TR Tan, JP Gaebler, Y. Lin, Y. Wan, R. Bowler, D. Leibfried và DJ Wineland. Cổng logic đa phần tử cho qubit ion bị bẫy. Thiên nhiên, 528(7582):380–383, tháng 2015 năm 10.1038. doi:16186/natureXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên16186
[5] Thaddeus D Ladd, Fedor Jelezko, Raymond Laflamme, Yasunobu Nakamura, Christopher Monroe và Jeremy Lloyd O'Brien. Máy tính lượng tử. Thiên nhiên, 464(7285):45–53, tháng 2010 năm 10.1038. doi:08812/natureXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên08812
[6] Vittorio Giovannetti, Seth Lloyd và Lorenzo Maccone. Những tiến bộ trong đo lường lượng tử. Nature Photonics, 5(4):222–229, tháng 2011 năm 10.1038. doi:2011.35/nphoton.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2011.35
[7] Shimon Kolkowitz, Ania C. Bleszynski Jayich, Quirin P. Unterreithmeier, Steven D. Bennett, Peter Rabl, JGE Harris và Mikhail D. Lukin. Cảm biến mạch lạc của bộ cộng hưởng cơ học với qubit quay đơn. Khoa học, 335(6076):1603–1606, tháng 2012 năm 10.1126. doi:1216821/science.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1216821
[8] Sebastian Deffner và Steve Campbell. Giới hạn tốc độ lượng tử: từ nguyên lý bất định của Heisenberg đến điều khiển lượng tử tối ưu. Tạp chí Vật lý A: Toán học và Lý thuyết, 50(45):453001, tháng 2017 năm 10.1088. doi:1751/8121-86/aa6cXNUMX.
https://doi.org/10.1088/1751-8121/aa86c6
[9] Michael R Frey. Giới hạn tốc độ lượng tử - mồi, quan điểm và hướng đi tiềm năng trong tương lai. Xử lý thông tin lượng tử, 15(10), tháng XNUMX
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-016-1405-x
[10] Lorenza Viola, Emanuel Knill và Seth Lloyd. Sự tách rời động của các hệ lượng tử mở. Vật lý. Rev. Lett., 82:2417–2421, tháng 1999 năm 10.1103. doi:82.2417/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.2417
[11] Christian Arenz, Daniel Burgarth và Robin Hillier. Tách động và đồng nhất hóa các hệ thống biến liên tục. Tạp chí Vật lý A: Toán học và Lý thuyết, 50(13):135303, tháng 2017 năm 10.1088. doi:1751/8121-6017/aaXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1751-8121 / aa6017
[12] Daniel Lidar và Brun Todd. Sửa lỗi lượng tử, tháng 2013 năm 10.1017. doi:9781139034807/CBOXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139034807
[13] Daniel A. Lidar, Paolo Zanardi và Kaveh Khodjasteh. Giới hạn khoảng cách trong động lực học lượng tử. Vật lý. Rev. A, 78:012308, tháng 2008 năm 10.1103. doi:78.012308/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.012308
[14] C. Leroux, LCG Govia và Thư ký AA. Tăng cường điện động lực học lượng tử khoang thông qua quá trình chống nén: Khớp nối cực mạnh tổng hợp. Vật lý. Mục sư Lett., 120:093602, tháng 2018 năm 10.1103. doi:120.093602/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.093602
[15] Xin-You Lü, Ying Wu, JR Johansson, Hui Jing, Jing Zhang và Franco Nori. Cơ chế quang học nén với khuếch đại và tiêu tán theo pha. Vật lý. Rev. Lett., 114:093602, tháng 2015 năm 10.1103. doi:114.093602/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.093602
[16] Marc-Antoine Lemonde, Nicolas Didier và Aashish A. Thư ký. Các tương tác phi tuyến nâng cao trong cơ học quang lượng tử thông qua khuếch đại cơ học. Nature Communications, 7:11338, tháng 2016 năm 10.1038. doi:11338/ncommsXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms11338
[17] J Alonso, FM Leupold, BC Keitch và JP Home. Kiểm soát lượng tử các trạng thái chuyển động của các ion bị bẫy thông qua việc chuyển đổi nhanh các thế năng bẫy. Tạp chí Vật lý Mới, 15(2):023001, tháng 2013 năm 10.1088. doi:1367/2630-15/2/023001/XNUMX.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/2/023001
[18] JS Waugh, LM Huber và U. Haeberlen. Phương pháp tiếp cận nmr có độ phân giải cao trong chất rắn. Vật lý. Rev. Lett., 20:180–182, tháng 1968 năm 10.1103. doi:20.180/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.20.180
[19] Alessandro Ferraro, Stefano Olivares và Matteo GA Paris. Trạng thái Gaussian trong thông tin lượng tử. Bibliopolis, 2005. URL: https:///air.unimi.it/handle/2434/15713#.Xrr7cy-z1hE.
https:///air.unimi.it/handle/2434/15713#.Xrr7cy-z1hE
[20] Alessio Serafini. Các biến lượng tử liên tục: tài liệu cơ bản về các phương pháp lý thuyết. Báo chí CRC, 2017. doi:https:///doi.org/10.1201/9781315118727.
https: / / doi.org/ 10.1201 / 9781315118727
[21] Leonard Mandel và Emil Wolf. Sự kết hợp quang học và quang học lượng tử. Nhà xuất bản đại học Cambridge, 1995. doi:10.1017/CBO9781139644105.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9781139644105
[22] Markus Aspelmeyer, Tobias J. Kippenberg và Florian Marquardt. Cơ học quang học khoang. Mục sư Mod. Phys., 86:1391–1452, tháng 2014 năm 10.1103. doi:86.1391/RevModPhys.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.1391
[23] Masuo Suzuki. Công thức phân rã của các toán tử hàm mũ và hàm mũ nằm với một số ứng dụng trong cơ học lượng tử và vật lý thống kê. Tạp chí vật lý toán, 26(4):601–612, 1985. doi:10.1063/1.526596.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.526596
[24] Rebing Wu, Raj Chakrabarti và Herschel Rabitz. Lý thuyết điều khiển tối ưu cho cổng lượng tử biến thiên liên tục. Vật lý. Rev. A, 77:052303, tháng 2008 năm 10.1103. doi:77.052303/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.052303
[25] Marco G. Genoni, Alessio Serafini, MS Kim và Daniel Burgarth. Sự tái phát động và điều khiển lượng tử của các bộ dao động được ghép nối. Vật lý. Rev. Lett., 108:150501, tháng 2012 năm 10.1103. doi:108.150501/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.150501
[26] Roger S. Bliss và Daniel Burgarth. Điều khiển lượng tử của các hệ nhiều vật vô hạn chiều. Vật lý. Rev. A, 89:032309, tháng 2014 năm 10.1103. doi:89.032309/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.89.032309
[27] Leonardo Banchi, Samuel L. Braunstein và Stefano Pirandola. Độ trung thực lượng tử cho các trạng thái gaussian tùy ý. Vật lý. Rev. Lett., 115:260501, tháng 2015 năm 10.1103. doi:115.260501/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.260501
[28] D. Vitali và P. Tombesi. Sử dụng các cú đá chẵn lẻ để kiểm soát sự mất kết hợp. Vật lý. Rev. A, 59:4178–4186, tháng 1999 năm 10.1103. doi:59.4178/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.59.4178
[29] A. Wallraff, DI Schuster, A. Blais, L. Frunzio, RS Huang, J. Majer, S. Kumar, SM Girvin và RJ Schoelkopf. Sự kết hợp mạnh mẽ của một photon đơn lẻ với một qubit siêu dẫn sử dụng mạch điện động lực học lượng tử. Thiên nhiên, 431(7005):162–167, tháng 2004 năm 10.1038. doi:02851/natureXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên02851
[30] Mika A Sillanpää, Jae I Park và Raymond W Simmonds. Lưu trữ và chuyển trạng thái lượng tử kết hợp giữa hai qubit pha thông qua khoang cộng hưởng. Thiên nhiên, 449(7161):438–442, tháng 2007 năm 10.1038. doi:06124/natureXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên06124
[31] Alexandre Blais, Jay Gambetta, A. Wallraff, DI Schuster, SM Girvin, MH Devoret và RJ Schoelkopf. Xử lý thông tin lượng tử bằng mạch điện động lực học lượng tử. Vật lý. Rev. A, 75:032329, tháng 2007 năm 10.1103. doi:75.032329/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.032329
[32] R. Blatt và CF Roos. Mô phỏng lượng tử với các ion bị bẫy. Vật lý Tự nhiên, 8(4):277–284, tháng 2012 năm 10.1038. doi:2252/nphysXNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2252
[33] Stephan Welte, Bastian Hacker, Severin Daiss, Stephan Ritter và Gerhard Rempe. Cổng lượng tử qua trung gian photon giữa hai nguyên tử trung tính trong hộp quang. Vật lý. Rev. X, 8:011018, tháng 2018 năm 10.1103. doi:8.011018/PhysRevX.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011018
[34] Alessio Serafini, Alex Retzker và Martin B Plenio. Tạo ra sự nén biến thiên liên tục và làm vướng víu các ion bị bẫy trong các điện thế thay đổi theo thời gian. Xử lý thông tin lượng tử, 8(6):619, 2009. doi:10.1007/s11128-009-0141-x.
https: / / doi.org/ 10.1007 / s11128-009-0141-x
[35] H Pino, J Prat-Camp, K Sinha, B Prasanna Venkatesh và O Romero-Isart. Sự giao thoa lượng tử trên chip của kính hiển vi siêu dẫn. Khoa học và Công nghệ Lượng tử, 3(2):025001, tháng 2018 năm 10.1088. doi:2058/9565-9/aa15dXNUMX.
https://doi.org/10.1088/2058-9565/aa9d15
[36] K. Lake, S. Weidt, J. Randall, ED Standing, SC Webster và WK Hensinger. Tạo ra sự vướng víu chuyển động spin trong ion bị bẫy bằng bức xạ bước sóng dài. Vật lý. Rev. A, 91:012319, tháng 2015 năm 10.1103. doi:91.012319/PhysRevA.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.012319
[37] JI Cirac, P. Zoller, HJ Kimble và H. Mabuchi. Chuyển trạng thái lượng tử và phân phối vướng víu giữa các nút ở xa trong mạng lượng tử. Vật lý. Rev. Lett., 78:3221–3224, tháng 1997 năm 10.1103. doi:78.3221/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.3221
[38] Christian Arenz và Herschel Rabitz. Kiểm soát mạng qubit trong thời gian đa thức. Vật lý. Rev. Lett., 120:220503, tháng 2018 năm 10.1103. doi:120.220503/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.220503
[39] SC Burd, R. Srinivas, JJ Bollinger, AC Wilson, DJ Wineland, D. Leibfried, DH Slichter và DTC Allcock. Khuếch đại lượng tử của chuyển động dao động cơ học. Khoa học, 364(6446):1163–1165, 2019. doi:10.1126/science.aaw2884.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aaw2884
[40] Lorenza Viola và Emanuel Knill. Sự tách rời mạnh mẽ của các hệ thống lượng tử với các điều khiển giới hạn. Vật lý. Rev. Lett., 90:037901, tháng 2003 năm 10.1103. doi:90.037901/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.037901
[41] K. Khodjasteh và DA Lidar. Phân tách động lượng tử chịu lỗi. Vật lý. Rev. Lett., 95:180501, tháng 2005 năm 10.1103. doi:95.180501/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.180501
[42] JM Cai, Boris Naydenov, Rainer Pfeiffer, Liam P McGuinness, Kay D Jahnke, Fedor Jelezko, Martin B Plenio và Alex Retzker. Khả năng tách rời động mạnh mẽ với khả năng truyền động liên tục được nối. Tạp chí Vật lý Mới, 14(11):113023, 2012. doi:10.1088/1367-2630/14/11/113023.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/113023
[43] Margret Heinze và Robert König. Tách động lực uhrig phổ quát cho các hệ thống bosonic. Vật lý. Rev. Lett., 123:010501, tháng 2019 năm 10.1103. doi:123.010501/PhysRevLett.XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.010501
[44] Steffen J Glaser, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Christiane P Koch, Walter Köckenberger, Ronnie Kosloff, Ilya Kuprov, Burkhard Luy, Sophie Schirmer, Thomas Schulte-Herbrüggen, và những người khác. Huấn luyện con mèo của Schrödinger: Điều khiển tối ưu lượng tử. Tạp chí Vật lý Châu Âu D, 69(12):279, 2015. doi:10.1140/epjd/e2015-60464-1.
https: / / doi.org/ 10.1140 / epjd / e2015-60464-1
Trích dẫn
[1] SC Burd, R. Srinivas, JJ Bollinger, AC Wilson, DJ Wineland, D. Leibfried, DH Slichter và DTC Allcock, “Khuếch đại lượng tử của chuyển động dao động cơ học”, Khoa học 364 6446, 1163 (2019).
[2] David Trillo, Benjamin Dive và Miguel Navascues, “Dịch các hệ thống không được kiểm soát theo thời gian”, arXiv: 1903.10568.
[3] Hoi-Kwan Lau và Aashish A. Clerk, “Chuyển trạng thái lượng tử boson có độ chính xác cao bằng cách sử dụng các bộ chuyển đổi và giao thoa không hoàn hảo”, npj Thông tin lượng tử 5, 31 (2019).
[4] Wenchao Ge, Brian Sawyer, Joe Britton, Kurt Jacobs, John Bollinger và Michael Foss-Feig, “Xử lý thông tin lượng tử ion bị mắc kẹt với các phonon bị ép”, arXiv: 1807.00924.
[5] Wenchao Ge, Brian C. Sawyer, Joseph W. Britton, Kurt Jacobs, Michael Foss-Feig và John J. Bollinger, “Phương pháp tiếp cận hoạt nghiệm để xử lý thông tin lượng tử ion bị bẫy bằng các phonon bị nén”, Đánh giá vật lý A 100 4, 043417 (2019).
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2020 / 06-03 15:41:30). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2020 / 06-03 15:41:28).
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
Nguồn: https://quantum-journal.org/ con / q-2020 / 05-25-271 /
