論文の概要: Phase Transitions in Light-Matter Systems for Quantum Sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.01995v2
- Date: Sun, 23 May 2021 16:00:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-25 11:41:22.178552
- Title: Phase Transitions in Light-Matter Systems for Quantum Sensing
- Title（参考訳）: 量子センシングのための光物質系の相転移
- Authors: Louis Garbe
- Abstract要約: 光と物質が弱い結合の場合、それらはエネルギーの量子を交換する2つの特徴的な系として記述できる。
非常に大きな結合強度のために、系は光や物質でしか説明できない化合物をハイブリダイズし形成する。
2光子カップリング(英: two-photon coupling)は、物質がペアで光子を生成または吸収する機構である。
臨界点付近では、システムは外部の摂動に非常に敏感になる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: When light and matter are weakly coupled, they can be described as two
distinctive systems exchanging quanta of energy. By contrast, for very large
coupling strength, the systems hybridize and form compounds that cannot be
described in terms of light or matter only. In this Thesis, we study some
exotic properties which arise in this regime. In particular, we are interested
in the possibility to engineer quantum phase transitions in these systems. One
direction we explore is the study of two-photon coupling, a mechanism in which
matter creates or absorb photons by pairs. This mechanism creates a rich phase
diagram containing both phase transitions and instabilities. A second topic is
the use of these transitions for sensing applications. Indeed, near the
critical point, the system becomes extremely sensitive to external
perturbations. We study a setup in which a single qubit is coupled to a bosonic
field. We show that even this finite-size system displays a phase transition,
which can be used to measure the frequency of the qubit and the field with
improved accuracy. This protocol could be used to develop small-scale sensors.
Finally, we study how the ability of a system to perform certain metrological
tasks could be used to characterize and quantify nonclassicality, by using the
formalism of resource theories. The first three chapters present the main
concepts and key results in the fields of ultrastrong light-matter coupling,
superradiant phase transitions, and quantum metrology. I have strived to write
these chapters pedagogically; they can be used by non-specialists or students
as an introduction to these domains. The three other chapters present my own
research contributions. Although most of those have already been published
elsewhere, this manuscript contains additional results, remarks, and
perspectives, and should be considered as an improved version of the original
papers.
- Abstract（参考訳）: 光と物質が弱い結合の場合、それらはエネルギーの量子を交換する2つの特徴的な系として記述できる。
対照的に、結合強度が非常に大きいため、システムは光や物質だけでは説明できない化合物をハイブリダイゼーションし形成する。
この論文では、この体制で生じるエキゾチックな性質について研究する。
特に、これらのシステムにおいて量子相転移を設計できる可能性に関心がある。
2光子カップリング(two-photon coupling)とは、物質が光子をペアで生成または吸収するメカニズムである。
この機構は、相転移と不安定の両方を含むリッチな相図を作成する。
第2のトピックは、アプリケーションセンシングにこれらのトランジションを使用することである。
実際、臨界点近くでは、システムは外部の摂動に非常に敏感になる。
一つの量子ビットをボソニック場に結合するセットアップについて検討する。
この有限サイズシステムでさえ位相遷移を示し、量子ビットとフィールドの周波数を精度良く測定できることを示す。
このプロトコルは小型センサーの開発に利用できる。
最後に, 資源理論の形式的手法を用いて, 非古典性を特徴付け, 定量化するために, メトロジカルタスクを行うシステムの能力について検討した。
最初の3章は超強光子カップリング、超ラジアント相転移、量子メトロロジーの分野における主要な概念と重要な結果を示している。
私はこれらの章を教育的に書こうと努力してきました。これらのドメインの紹介として、非専門主義者や学生が使用することができます。
他の3章は私の研究成果である。
それらの多くは既に他所で刊行されているが、この写本には追加の結果、論評、視点が含まれており、原本の改良版と見なすべきものである。
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