論文の概要: Stability of macroscopic spin ensembles against inhomogeneous dephasing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.16491v2
• Date: Mon, 17 Mar 2025 18:33:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-19 16:29:09.643293
• Title: Stability of macroscopic spin ensembles against inhomogeneous dephasing
• Title（参考訳）: 不均一なデファスティングに対するマクロスピンアンサンブルの安定性
• Authors: Wai-Keong Mok, Leong-Chuan Kwek, Steven Touzard,
• Abstract要約: 非均質拡大下でのスピン猫状態のダイナミクスについて検討した。 小さな振幅では、奇異な猫状態は、猫の状態よりも不均質な嫌悪に敏感である。 我々の発見は、量子技術の進歩に重要な集合スピン状態の安定性に光を当てた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5735035463793009
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spin ensembles play a pivotal role in various quantum applications such as metrology and simulating many-body physics. Recent research has proposed utilizing spin cat states to encode logical quantum information, with logical lifetimes potentially on the order of seconds, achieved via enhanced collective interactions that scale with system size. We investigate the dynamics of spin cat states under inhomogeneous broadening, revealing a phenomenon termed 'parity-sensitive inhomogeneous dephasing': for small amplitudes, odd cat states are significantly more susceptible to inhomogeneous dephasing compared to even cat states due to the difference in parity symmetry. This discrepancy between even and odd cat states vanishes at large amplitudes, and behave similarly to a spin coherent state with the same amplitude. To analyze the stability of the spin coherent state, we perform a mean-field analysis of the driven-dissipative dynamics, from which we identify a synchronization phase transition wherein the ensemble becomes completely dephased beyond a critical inhomogeneous linewidth. The mean-field analysis suggests that the dissipative stabilization can suppress the decoherence effects from inhomogeneous broadening. We argue that the stability of the mean-field model provides a reasonable estimate for that of spin cat states with a large amplitude in the full quantum model. Our findings shed light on the stability of collective spin states, important for advancing quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: スピンアンサンブルは、メトロジーや多体物理学のシミュレーションのような様々な量子応用において重要な役割を果たす。 最近の研究では、スピン猫状態を利用して論理量子情報を符号化し、論理寿命を数秒のオーダーで達成し、システムサイズに合わせて拡張された集合的相互作用によって達成している。 低振幅では、奇猫状態はパリティ対称性の違いにより、猫状態よりも不均質なデファス化にかなり敏感である。 この偶数と奇数の猫状態の相違は大きな振幅で消え、同じ振幅を持つスピンコヒーレント状態と同様に振る舞う。 スピンコヒーレント状態の安定性を解析するために、駆動散逸ダイナミクスの平均場解析を行い、そこでは、アンサンブルが臨界不均一線幅を超えて完全に崩壊する同期相転移を同定する。 平均場解析により, 散逸安定化は不均一な拡張による脱コヒーレンス効果を抑制することが示唆された。 平均場モデルの安定性は、完全な量子モデルにおいて大きな振幅を持つスピン猫状態の安定性を合理的に見積もっていると論じる。 我々の発見は、量子技術の進歩に重要な集合スピン状態の安定性に光を当てた。

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