論文の概要: Long-time relaxation of a finite spin bath linearly coupled to a qubit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.08692v2
• Date: Wed, 19 Jul 2023 15:36:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-20 17:14:48.693800
• Title: Long-time relaxation of a finite spin bath linearly coupled to a qubit
• Title（参考訳）: 量子ビットに線形結合した有限スピン浴の長時間緩和
• Authors: Jukka P. Pekola, Bayan Karimi, Marco Cattaneo, Sabrina Maniscalco
• Abstract要約: 有限個のN$スピンの入浴に線形に結合した量子ビットの長時間緩和について論じる。 モデルは完全に可積分であるにもかかわらず、有効なシステムの緩和について興味深い2つの観察を行う。
• 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: We discuss the long-time relaxation of a qubit linearly coupled to a finite bath of $N$ spins (two-level systems, TLSs), with the interaction Hamiltonian in rotating wave approximation. We focus on the regime $N\gg 1$, assuming that the qubit-bath coupling is weak, that the range of spin frequencies is sufficiently broad, and that all the spins are initialized in the ground state. Despite the model being perfectly integrable, we make two interesting observations about the effective system relaxation. First, as one would expect, the qubit relaxes exponentially towards its zero-temperature state at a well characterized rate. Second, the bath spins, even when mutually coupled, do not relax towards a thermal distribution, but rather form a Lorentzian distribution peaked at the frequency of the initially excited qubit. This behavior is captured by an analytical approximation that makes use of the property $N\gg 1$ to treat the TLS frequencies as a continuum and is confirmed by our numerical simulations.
• Abstract（参考訳）: 我々は、回転波近似における相互作用ハミルトニアンと、N$スピンの有限浴(二階系、TLS)に線形に結合した量子ビットの長時間緩和について論じる。 我々は、クォービットバス結合が弱いこと、スピン周波数の範囲が十分に広く、全てのスピンが基底状態で初期化されることを前提として、レギュラー$N\gg 1$に焦点を当てる。 モデルは完全に統合可能であるにもかかわらず、有効なシステムの緩和について興味深い2つの観察を行う。 まず、予想されるように、量子ビットはゼロ温度状態に向かって指数関数的に緩和する。 第二に、互いに結合している場合でも、浴室スピンは熱分布に向かってリラックスせず、最初の励起量子ビットの周波数でピークとなるローレンツ分布を形成する。 この挙動は、TLS周波数を連続体として扱うために$N\gg 1$という特性を利用する解析近似によって捉えられ、数値シミュレーションにより確認される。

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