論文の概要: Squeezing, trisqueezing, and quadsqueezing in a spin-oscillator system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.05471v1
- Date: Fri, 8 Mar 2024 17:34:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-11 12:55:28.961789
- Title: Squeezing, trisqueezing, and quadsqueezing in a spin-oscillator system
- Title（参考訳）: スピンオシレータ系におけるスクイーズ、トリスキューズ、およびクワッドキューズ
- Authors: O. B\u{a}z\u{a}van, S. Saner, D. J. Webb, E. M. Ainley, P. Drmota, D.
P. Nadlinger, G. Araneda, D. M. Lucas, C. J. Ballance, R. Srinivas
- Abstract要約: 単一ボソンを生成・消滅させる線形相互作用は、光や運動のコヒーレントな状態を生成することができる。
代わりにnボソンを含むN階非線形相互作用は、ますます複雑な量子挙動をもたらす。
ここでは、4階のボソニック相互作用を実演し、スキューズ、トリスキューズ、クワッドキューズを実演する。
本手法は, 相互作用次数nの基本的な極限を示さず, スピン依存線形相互作用を支持する任意のプラットフォームに適用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum harmonic oscillators model a wide variety of phenomena ranging from
electromagnetic fields to vibrations of atoms in molecules. Their excitations
can be represented by bosons such as photons, single particles of light, or
phonons, the quanta of vibrational energy. Linear interactions that only create
and annihilate single bosons can generate coherent states of light or motion.
Introducing nth-order nonlinear interactions, that instead involve n bosons,
leads to increasingly complex quantum behaviour. For example, second-order
interactions enable squeezing, used to enhance the precision of measurements
beyond classical limits, while higher-order interactions create non-Gaussian
states essential for continuous-variable quantum computation. However,
generating nonlinear interactions is challenging, typically requiring
higher-order derivatives of the driving field or specialized hardware. Hybrid
systems, where linear interactions couple an oscillator to an additional spin,
offer a solution and are readily available across many platforms. Here, using
the spin of a single trapped ion coupled to its motion, we employ two linear
interactions to demonstrate up to fourth-order bosonic interactions; we focus
on generalised squeezing interactions and demonstrate squeezing, trisqueezing,
and quadsqueezing. We characterise these interactions, including their spin
dependence, and reconstruct the Wigner function of the resulting states. We
also discuss the scaling of the interaction strength, where we drive the
quadsqueezing interaction more than 100 times faster than using conventional
techniques. Our method presents no fundamental limit in the interaction order n
and applies to any platform supporting spin-dependent linear interactions.
Strong higher-order nonlinear interactions unlock the study of fundamental
quantum optics, quantum simulation, and computation in a hitherto unexplored
regime.
- Abstract（参考訳）: 量子調和振動子は、電磁場から分子中の原子の振動まで幅広い現象をモデル化する。
これらの励起は、光子、光の単粒子、あるいは振動エネルギーの量子数であるフォノンなどのボソンによって表される。
単一ボソンを生成・消滅させる線形相互作用は光や運動のコヒーレントな状態を生成する。
n次非線形相互作用の導入は、代わりにnボソンを含む、より複雑な量子挙動をもたらす。
例えば、二階間相互作用はスクイージングを可能にするが、高階間相互作用は連続変数の量子計算に必須な非ガウス状態を生成する。
しかし、非線形相互作用の生成は困難であり、典型的には駆動場や専用ハードウェアの高階微分を必要とする。
線形相互作用が振動子を追加スピンに結合するハイブリッドシステムは、ソリューションを提供し、多くのプラットフォームで容易に利用できる。
ここでは、その運動に結合した単一のイオンのスピンを用いて、2つの線形相互作用を用いて4階のボソニック相互作用を実証し、一般化されたスクイーズ相互作用に注目し、スクイーズ、トリスキューズ、クワッドスキューズを実証する。
スピン依存を含むこれらの相互作用を特徴づけ、結果として生じる状態のウィグナー関数を再構築する。
また,従来の手法の100倍以上の速度でクワッドスチーズ相互作用を駆動する相互作用強度のスケーリングについても論じる。
本手法は相互作用次数nの基本的な極限を示さず,スピン依存線形相互作用を支持する任意のプラットフォームに適用する。
強い高次の非線形相互作用は、基礎量子光学、量子シミュレーション、および未探索状態における計算の研究を解き放つ。
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