論文の概要: A solid-state platform for cooperative quantum dynamics driven by correlated emission
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.08991v3
- Date: Mon, 3 Jun 2024 17:03:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-04 21:00:32.643429
- Title: A solid-state platform for cooperative quantum dynamics driven by correlated emission
- Title（参考訳）: 相関放射による協調量子力学のための固体プラットフォーム
- Authors: Xin Li, Jamir Marino, Darrick E. Chang, Benedetta Flebus,
- Abstract要約: 我々は,ハイブリッド固体プラットフォームにおける類似の協調現象の探索の段階を設定した。
我々は、共有固体貯水池と散逸的に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。
我々の研究は、固体系の量子センシングとスピン欠陥アンサンブルにおける多体絡みの直接発生に対するマルチキュービットアプローチの基礎を築いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.609024579243597
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: While traditionally regarded as an obstacle to quantum coherence, recent breakthroughs in quantum optics have shown that the dissipative interaction of a qubit with its environment can be leveraged to protect quantum states and synthesize many-body entanglement. Inspired by this progress, here we set the stage for the -- yet uncharted -- exploration of analogous cooperative phenomena in hybrid solid-state platforms. We develop a comprehensive formalism for the quantum many-body dynamics of an ensemble of solid-state spin defects interacting dissipatively with the magnetic field fluctuations of a common solid-state reservoir. Our framework applies to any solid-state reservoir whose fluctuating spin, pseudospin, or charge degrees of freedom generate magnetic fields. To understand whether correlations induced by dissipative processes 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 bath. Our results show that the low-temperature collective relaxation rates of the qubit ensemble can display clear signatures of super- and subradiance, i.e., forms of cooperative dynamics traditionally achieved in atomic ensembles. We find that the solid-state analog of these cooperative phenomena is robust against spatial disorder in the qubit ensemble and thermal fluctuations of the magnetic reservoir, providing a route for their feasibility in near-term experiments. Our work lays the foundation for a multi-qubit approach to quantum sensing of solid-state systems and the direct generation of many-body entanglement in spin-defect ensembles. Furthermore, we discuss how the tunability of solid-state reservoirs opens up novel pathways for exploring cooperative phenomena in regimes beyond the reach of conventional quantum optics setups.
- Abstract（参考訳）: 伝統的に量子コヒーレンス(英語版)の障害と見なされてきたが、近年の量子光学のブレークスルーにより、量子ビットと環境との散逸的な相互作用が量子状態の保護と多体絡みの合成に利用できることが示されている。
この進歩に触発されて、我々は、ハイブリッド固体プラットフォームにおける類似の協調現象の探求のステージを設定した。
本研究では, 固体スピン欠陥のアンサンブルの量子多体ダイナミクスに対する包括的定式化法を開発し, 共有固体貯水池の磁場変動と散逸的に相互作用する。
我々の枠組みは、変動するスピン、擬似スピン、または電荷自由度が磁場を生成する固体貯水池に適用される。
現実的な実験環境では, 散逸過程によって引き起こされる相関が関係する役割を担っているかを理解するために, 強磁性浴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本モデルを適用した。
以上の結果から, クビットアンサンブルの低温集合緩和速度は, 従来原子アンサンブルで達成されてきた協調力学の形式である超輝度およびサブ輝度の明確なシグネチャを提示できることが示唆された。
これらの現象のソリッドステートアナログは、クビットアンサンブルや磁気貯水池の熱ゆらぎの空間障害に対して頑健であり、短期実験におけるその実現可能性の道筋となる。
我々の研究は、固体系の量子センシングとスピン欠陥アンサンブルにおける多体絡みの直接発生に対するマルチキュービットアプローチの基礎を築いた。
さらに, 固体貯水池のチューニング性は, 従来の量子光学装置の到達範囲を超えて, 体制における協調現象を探索するための新しい経路をいかに開けるかを議論する。
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