論文の概要: Autonomous coherence protection of a two-level system in a fluctuating environment

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.03827v1
• Date: Wed, 8 Feb 2023 01:44:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-09 17:32:19.042548
• Title: Autonomous coherence protection of a two-level system in a fluctuating environment
• Title（参考訳）: 変動環境における2レベルシステムの自律的コヒーレンス保護
• Authors: Fernando Quijandr\'ia and Jason Twamley
• Abstract要約: 我々は、もともと、相互作用しない2レベルシステム(量子ビット)のアンサンブルから静的ドップラー拡大の効果を取り除くことを意図したスキームを再検討する。 このスキームははるかに強力であり、時間と空間に依存するノイズから単一(あるいはアンサンブル)量子ビットのエネルギーレベルを保護できることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 68.8204255655161
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We re-examine a scheme generalized by [R. Finkelstein et al, Phys. Rev. X 11, 011008 (2021)], whose original purpose was to remove the effects of static Doppler broadening from an ensemble of non-interacting two-level systems (qubits). This scheme involves the simultaneous application of red and blue detuned drives between a qubit level and an auxiliary level, and by carefully choosing the drive amplitudes and detunings, the drive-induced energy shifts can exactly compensate the inhomogeneous static Doppler-induced frequency shifts - effectively removing the inhomogeneous Doppler broadening. We demonstrate that this scheme is far more powerful and can also protect a single (or even an ensemble), qubit's energy levels from noise which depends on both time and space: the same scheme can greatly reduce the effects of dephasing noise induced by a time-fluctuating environment. As examples we study protection against two types of non-Markovian environments that appear in many physical systems: Gaussian noise and non-Gaussian noise - Random Telegraph Noise. Through numerical simulations we demonstrate the enhancement of the spin coherence time $T_2^*$, of a qubit in a fluctuating environment by three orders of magnitude as well as the refocusing of its initially drifting frequency. This same scheme, using only two drives, can operate on an collection of qubits, providing temporal and spatial stabilization simultaneously and in parallel yielding a collection of high quality near-identical qubits which can be useful for many quantum technologies such as quantum computing and sensing, with the potential to achieve fault tolerant quantum computation much sooner.
• Abstract（参考訳）: 我々は, [r. finkelstein et al, phys. rev. x 11, 011008 (2021)] によって一般化されたスキームを再検討した。 この方式では、クビットレベルと補助レベルの間に赤と青のデチューニングドライブを同時に適用し、駆動振幅とデチューニングを慎重に選択することで、駆動誘起エネルギーシフトは不均質な静的ドップラー誘起周波数シフトを正確に補償することができる。 我々は、このスキームがより強力であり、また、時間と空間の両方に依存するノイズからキュービットのエネルギーレベルである1つ(あるいはアンサンブル)を保護することができることを実証する。 例えば、多くの物理系に現れる2種類の非マルコフ環境(ガウスノイズと非ゲージノイズ、ランダム電信ノイズ)に対する保護について研究する。 数値シミュレーションにより,変動環境における量子ビットのスピンコヒーレンス時間$t_2^*$の3桁の増大と,その初期ドリフト周波数の再フォーカスを実証した。 このスキームは2つのドライブのみで動作し、時間的および空間的な安定化を同時に行うことができ、量子コンピューティングやセンシングといった多くの量子技術に役立つ高品質に近い量子ビットのコレクションを並列に提供し、より早くフォールトトレラントな量子計算を実現する可能性を秘めている。

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