論文の概要: How coherence measurements of a qubit steer its quantum environment
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.06053v2
- Date: Wed, 26 Jun 2024 07:57:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-27 18:45:18.381896
- Title: How coherence measurements of a qubit steer its quantum environment
- Title（参考訳）: 量子環境における量子ビットのコヒーレンス測定
- Authors: Chu-Dan Qiu, Yuan-De Jin, Jun-Xiang Zhang, Gang-Qin Liu, Wen-Long Ma,
- Abstract要約: 量子ビットのRIMが量子環境上で量子チャネルを誘導することを示す。
偏極, 脱分極, 準安定分極の3つの異なる環境ステアリング効果を明らかにする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.16777183511743465
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Repetitive Ramsey interferometry measurements (RIMs) are often used to measure qubit coherence, assuming that the environment remains unaffected after each measurement and the outcomes of all measurements are independent and identically distributed (i.i.d.). While this assumption is valid for a classical environment, it may not hold for a quantum environment due to the non-negligible backaction from qubit to environment. Here we present a general theoretical framework to incorporate the measurement backaction from qubit to environment in sequential RIMs. We show that a RIM of a qubit induces a quantum channel on the quantum environment, and sequential RIMs gradually steer the quantum environment to the fixed points of the channel. We reveal three distinct environment steering effects -- polarization, depolarization and metastable polarization, depending on the commutativity of the noise operator $B$ and the free environment Hamiltonian $H_e$: (1) if $B$ commutes with $H_e$, i.e., $[B,H_e]=0$, the quantum environment is gradually polarized to different eigenstates of $B$ as the number $m$ of repetitive RIMs increases; (2) When $[B,H_e]\neq 0$, the quantum environment is gradually depolarized to a maximally mixed state of its whole Hilbert space or a Hilbert subspace; (3) When $[B,H_e]\neq 0$ but one of $H_e$ and $B$ is a small perturbation on the other, metastable polarization can happen, such that the quantum environment is first polarized for a finite range of $m$ but becomes gradually depolarized as $m$ increases further. The environment steering also makes the measurement statistics of sequential RIMs develop non-i.i.d. features, such that the measurement result distribution can display multiple peaks for a small quantum environment, corresponding to different fixed points of the quantum channel.
- Abstract（参考訳）: 繰り返しラムゼー干渉測定(RIMs)は、各測定後に環境が影響を受けないままであり、全ての測定結果が独立で同一に分布していると仮定して、クビットコヒーレンスを測定するためにしばしば用いられる。
この仮定は古典的な環境では有効であるが、量子ビットから環境への非無視的なバックアクションのため、量子環境では成り立たない。
ここでは、キュービットから環境への測定バックアクションをシーケンシャルRIMに組み込むための一般的な理論的枠組みを提案する。
我々は、量子ビットのRIMが量子環境上で量子チャネルを誘導し、シーケンシャルRIMが徐々にチャネルの固定点まで量子環境を操ることを示す。
例えば、$[B,H_e]=0$と$H_e$とすると、量子環境は徐々に$B$の異なる固有状態に偏極化される; (2)$[B,H_e]\neq 0$は、その全ヒルベルト空間またはヒルベルト部分空間の最大混合状態に徐々に偏極化される;(3)$[B,H_e]\neq 0$は、その全ヒルベルト空間またはヒルベルト部分空間の最大混合状態に徐々に偏極化される;(3)$[B,H_e]\neq 0$は1ドルである。
環境ステアリングはまた、シーケンシャルRIMの計測統計を、測定結果分布が、量子チャネルの異なる固定点に対応する小さな量子環境に対して複数のピークを表示できるように、非二項の特徴を発達させる。
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