論文の概要: Quantum behavior of a superconducting Duffing oscillator at the dissipative phase transition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.06338v1
• Date: Mon, 13 Jun 2022 17:35:27 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-09 12:39:55.221823
• Title: Quantum behavior of a superconducting Duffing oscillator at the dissipative phase transition
• Title（参考訳）: 超伝導ダッフィング発振器の散逸相転移における量子挙動
• Authors: Qi-Ming Chen, Michael Fischer, Yuki Nojiri, Michael Renger, Edwar Xie, Matti Partanen, Stefan Pogorzalek, Kirill G. Fedorov, Achim Marx, Frank Deppe, Rudolf Gross
• Abstract要約: 古典的および量子的記述を量子メタスタビリティの統一的な図形で整理する。 準安定状態の寿命を十分に大きくすることで、第一次散逸相転移が観察される。 結果は、突然の散逸遷移の背後にある滑らかな量子進化を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.817918559522319
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Understanding the non-deterministic behavior of deterministic nonlinear systems has been an implicit dream since Lorenz named it the "butterfly effect". A prominent example is the hysteresis and bistability of the Duffing oscillator, which in the classical description is attributed to the coexistence of two steady states in a double-well potential. However, this interpretation fails in the quantum-mechanical perspective, where a single unique steady state is allowed in the whole parameter space. Here, we measure the non-equilibrium dynamics of a superconducting Duffing oscillator and reconcile the classical and quantum descriptions in a unified picture of quantum metastability. We demonstrate that the two classically regarded steady states are in fact metastable states. They have a remarkably long lifetime in the classical hysteresis regime but must eventually relax into a single unique steady state allowed by quantum mechanics. By engineering the lifetime of the metastable states sufficiently large, we observe a first-order dissipative phase transition, which mimics a sudden change of the mean field in a 11-site Bose-Hubbard lattice. We also reveal the two distinct phases of the transition by quantum state tomography, namely a coherent-state phase and a squeezed-state phase separated by a critical point. Our results reveal a smooth quantum state evolution behind a sudden dissipative phase transition, and they form an essential step towards understanding hysteresis and instability in non-equilibrium systems.
• Abstract（参考訳）: 決定論的非線形システムの非決定論的挙動を理解することは、ローレンツがそれを「バタフライ効果」と命名して以来、暗黙の夢であった。 有名な例はダフィング発振器のヒステリシスとビスタビリティであり、古典的な記述では二重ウェルポテンシャルにおける2つの定常状態の共存に起因する。 しかし、この解釈は、パラメータ空間全体において単一の一意的な定常状態が許容される量子力学的観点では失敗する。 ここでは、超伝導ダッフィング発振器の非平衡ダイナミクスを測定し、古典的および量子的記述を量子メタスタビリティの統一的な図形で再現する。 2つの古典的な定常状態が実際には準安定状態であることを示す。 古典的なヒステリシス体制では極めて長い寿命を持つが、最終的には量子力学によって許される唯一の定常状態に緩和されなければならない。 準安定状態の寿命を十分に大きくすることで,11サイトBose-Hubbard格子における平均場の急激な変化を模した1次散逸相転移を観測する。 また、量子状態トモグラフィーによる遷移の2つの相、すなわちコヒーレント状態相と臨界点によって分離された圧縮状態相を明らかにする。 以上の結果から, 非平衡系のヒステリシスと不安定性を理解する上では, 突然の散逸相転移の背後にあるスムーズな量子状態の進化が明らかとなった。

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