論文の概要: Quantum advantages in timekeeping: dimensional advantage, entropic advantage and how to realise them via Berry phases and ultra-regular spontaneous emission

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.10029v1
• Date: Fri, 17 Mar 2023 14:58:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-20 14:15:40.311405
• Title: Quantum advantages in timekeeping: dimensional advantage, entropic advantage and how to realise them via Berry phases and ultra-regular spontaneous emission
• Title（参考訳）: タイムキーピングにおける量子アドバンテージ:次元アドバンテージ、エントロピーアドバンテージ、ベリー相と超レギュラー自発発光によるそれを実現する方法
• Authors: Arman Pour Tak Dost and Mischa P. Woods
• Abstract要約: この光と機械の相互作用を慎重に設計することで、時計と結び付けることができることを示す。 特に、準理想時計を実現する方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: When an atom is in an excited state, after some amount of time, it will decay to a lower energy state emitting a photon in the process. This is known as spontaneous emission. It is one of the three elementary light-matter interactions. If it has not decayed at time $t$, then the probability that it does so in the next infinitesimal time step $[t, t+\delta t]$, is $t$-independent. So there is no preferred time at which to decay -- in this sense it is a random process. Here we show, by carefully engineering this light-matter interaction, that we can associate it with a clock, where the matter constitutes the clockwork and the spontaneous emission constitutes the ticking of the clock. In particular, we show how to realise the quasi-ideal clock. Said clock has been proven -- in an abstract and theoretic sense -- to be the most accurate clock permissible by quantum theory, with a polynomial enhancement in precision over the best stochastic clock of the same size. Our results thus demonstrate that the seemingly random process of spontaneous emission can in actual fact, under the right circumstances, be the most regular one permissible by quantum theory. To achieve this we use geometric features and flux-loop insertions to induce symmetry and Berry phases into the light-matter coupling. We also study the entropy the clock produces per tick and show that it also possesses a quantum advantage over that generated from the previously known semi-classical clocks in the literature.
• Abstract（参考訳）: 原子が励起状態にあるとき、ある程度の時間の後、プロセス中に光子を放出する低いエネルギー状態に崩壊する。 これは自発的放出と呼ばれる。 3つの基本的な光-物質相互作用の1つである。 もしそれが時間$t$で崩壊していないなら、次の無限小時間ステップ$[t, t+\delta t]$ でそうする確率は$t$非依存である。 したがって、崩壊する好む時間は存在しない -- この意味では、それはランダムなプロセスである。 ここで、この光と物質との相互作用を慎重に設計することにより、物質が時計ワークを構成し、自発的な放出が時計のひび割れを構成する時計と関連付けることができることを示す。 特に、準理想時計を実現する方法を示す。 サードクロックは、抽象的で理論的な意味で、量子理論によって許容される最も正確なクロックであると証明され、同じ大きさの最高の確率クロックに対する多項式の精度が向上した。 その結果, 自発的放出の一見ランダムな過程は, 正しい状況下では, 量子理論によって許容される最も正規な過程であることがわかった。 これを達成するために、幾何学的特徴とフラックスループ挿入を用いて対称性とベリー相を光マッターカップリングに誘導する。 また,タケ当たりの時計のエントロピーについても検討し,文献で既知の半古典的時計から発生するものよりも量子的に有利であることを示した。

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