論文の概要: Cluster-correlation expansion for studying decoherence of clock
transitions in spin baths
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.00412v1
- Date: Wed, 1 Jul 2020 12:11:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-11 23:10:16.091933
- Title: Cluster-correlation expansion for studying decoherence of clock
transitions in spin baths
- Title（参考訳）: スピン浴におけるクロック遷移のデコヒーレンス研究のためのクラスター相関展開
- Authors: Geng-Li Zhang, Wen-Long Ma and Ren-Bao Liu
- Abstract要約: 中心スピンのクロック遷移(CT)は、外界ノイズの線形順序で周波数変動が消滅するため、長いコヒーレンス時間を持つ。
スピン浴における中心スピンのデコヒーレンスを研究するために、様々な量子多体法が開発されている。
このようなデコヒーレンス問題に対処する改良型CCE法を開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46408356903366527
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The clock transitions (CTs) of central spins have long coherence times
because their frequency fluctuations vanish in the linear order of external
field noise (such as Overhauser fields from nuclear spin baths). Therefore, CTs
are useful for quantum technologies. Also, the quadratic dependence of
frequencies on noises makes the CT decoherence an interesting physics problem.
Thus we are motivated to study the decoherence of CTs. We consider noise from
spin baths, which is one of the most relevant mechanisms of qubit decoherence.
Various quantum many-body methods have been developed to study the decoherence
of a central spin in spin baths. In particular, the cluster-correlation
expansion (CCE) systematically accounts for the many-body correlations that
cause the central spin decoherence. However, the CCE can not be
straightforwardly applied to CTs in spin baths, for the expansion may fail to
converge due to the effective long-range interactions resulting from the
quadratic term of the noise (e.g., the second-order interaction mediated by
hyperfine interactions for a nuclear spin bath). In this work, we develop a
modified CCE method to tackle this class of decoherence problems. By
diagonalizing the central spin Hamiltonian for each bath eigenstate of the
hyperfine interaction, we find that the effects of long-range interactions are
absorbed as fluctuations of central spin eigenenergies in the form of
single-spin correlations. We apply the method to two specific systems, namely,
nitrogen vacancy center electron spins in near zero magnetic field and
singlet-triplet transition of two electrons in a double quantum dot. The
numerical simulation shows that the modified CCE converges rapidly for the CTs.
- Abstract（参考訳）: 中心スピンのクロック遷移(cts)は、周波数ゆらぎが外部磁場ノイズ(核スピン浴からのオーバーハウザー場など)の線形次数で消失するため、長いコヒーレンス時間を持つ。
したがって、CTは量子技術に有用である。
また、雑音の周波数の2次依存性は、ctデコヒーレンスを興味深い物理問題にする。
そこで我々はCTのデコヒーレンスを研究する動機がある。
スピンバスからのノイズを考慮し,量子デコヒーレンスの最も関連するメカニズムの1つである。
スピン浴における中心スピンのデコヒーレンスを研究するために、様々な量子多体法が開発されている。
特に、クラスター相関展開(CCE)は、中心スピンのデコヒーレンスを引き起こす多体相関を体系的に説明する。
しかし、CCEはスピン浴中のCTに直接適用できないため、ノイズの2次項(例えば、核スピン浴の超微細相互作用によって媒介される2次相互作用)から生じる効果的な長距離相互作用のために膨張は収束しない。
本研究では,このようなデコヒーレンス問題に対処する改良型CCE法を提案する。
超微細相互作用の各浴の固有状態に対して中心スピンハミルトニアンを対角化することにより、単一スピン相関の形で中心スピンエネルギーの変動として長距離相互作用の効果が吸収されることが分かる。
本手法は, 窒素空孔中心電子スピンをほぼゼロ磁場下で, 二重量子ドット中での2電子のシングルトリップ遷移という2つの特定の系に応用する。
数値シミュレーションにより, 修正CCEはCTに対して急速に収束することが示された。
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