論文の概要: A solid-state platform for cooperative quantum phenomena
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.08991v2
- Date: Tue, 10 Oct 2023 03:27:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-14 03:05:55.451048
- Title: A solid-state platform for cooperative quantum phenomena
- Title（参考訳）: 協調量子現象のための固体プラットフォーム
- Authors: Xin Li, Jamir Marino, Darrick E. Chang and Benedetta Flebus
- Abstract要約: 我々は、量子ハイブリッド固体プラットフォームにおける協調量子現象の探索のステージを設定した。
我々は、固体スピン欠陥のアンサンブルの量子多体力学の包括的定式化を開発する。
協調量子行動は空間障害や熱ゆらぎに対して顕著な堅牢性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9426000822656224
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The dissipation resulting from the coupling of a system with its environment
is commonly viewed as a foe for quantum technologies. Nonetheless, recent
developments at light-matter interfaces have shown that correlated dissipation
can be leveraged to engineer novel dynamical states of matter and entanglement
in many-body quantum systems. Inspired by this progress, here we set the stage
for the -- yet uncharted -- exploration of cooperative quantum phenomena in
quantum hybrid solid-state platforms. We develop a comprehensive formalism for
the quantum many-body dynamics of an ensemble of solid-state spin defects
interacting via the magnetic field fluctuations of a common solid-state
reservoir. Our general framework captures effective qubit-qubit interactions
mediated by correlated dissipation and naturally extends the theory of quantum
sensing of local magnetic noise via single solid-state spin defects to sensing
of nonlocal temporal and spatial correlations. To understand whether
dissipative correlations can play a relevant role in a realistic experimental
setup, we apply our model to a qubit array interacting via the spin
fluctuations of a ferromagnetic reservoir. Our results show that collective
relaxation rates of an ensemble of solid-state spin defects placed nearby a
common ferromagnetic thin film can display clear signatures of superradiance
and subradiance in the appropriate parameter regime. Furthermore, we find that
the cooperative quantum behavior exhibits remarkable robustness against spatial
disorder and thermal fluctuations. Our work lays the foundation for merging
spintronics and quantum optics towards a common research horizon in the
incoming future.
- Abstract（参考訳）: システムと環境の結合によって生じる散逸は、一般的に量子技術にとっての敵と見なされる。
にもかかわらず、近年の光物質界面における研究は、相関散逸を多体量子系の新しい動的状態や絡み合いの工学に活用できることを示した。
この進歩に触発されて、ここでは量子ハイブリッド固体プラットフォームにおける協調量子現象の探索の舞台を定めます。
我々は, 共有固体貯水池の磁場変動を介して相互作用する固体スピン欠陥の集合の量子多体力学の包括的定式化を開発する。
我々の一般フレームワークは、相関散逸によって媒介される有効量子ビット-量子ビット相互作用を捉え、単一固体スピン欠陥による局所磁気ノイズの量子センシング理論を非局所時間的および空間的相関のセンシングへと自然に拡張する。
分散相関が実際の実験環境において重要な役割を果たすかどうかを理解するため、強磁性貯留層のスピン揺らぎを介して相互作用する量子ビットアレイに適用する。
その結果, 強磁性薄膜近傍に配置した固体スピン欠陥の集団緩和速度は, 適切なパラメータ領域において, 超レイ度, サブレイディアンスの明確なシグネチャを示すことがわかった。
さらに, 協調量子行動は空間障害や熱ゆらぎに対して顕著な堅牢性を示す。
私たちの研究は、スピントロニクスと量子光学を融合する基礎を、今後の共通の研究の地平に向けて築き上げています。
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