論文の概要: Systematic time-coarse graining for driven quantum systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.06068v2
- Date: Wed, 31 Jul 2024 23:15:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-02 13:45:15.027967
- Title: Systematic time-coarse graining for driven quantum systems
- Title（参考訳）: 駆動量子システムのための体系的時間粗粒度化
- Authors: Leon Bello, Wentao Fan, Aditya Gandotra, Hakan E. Türeci,
- Abstract要約: 我々は、駆動量子系の時間粗粒度力学の完全非単位実効モデルを得るための体系的摂動理論を導入する。
注目すべきは、有効理論が顕微鏡レベルでの単体時間進化を仮定しているにもかかわらず、時間粗い粒度のダイナミクスは一般に単体時間進化に従うことが分かることである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.217684156614636
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Many recent advancements in quantum computing leverage strong drives on nonlinear systems for state preparation, signal amplification, or gate operation. However, the interplay within such strongly driven system introduces multi-scale dynamics that affects the long-time behavior of the system in non-trivial ways that are very difficult to model. Therefore, the analysis of these systems often relies on effective Hamiltonian models that introduce additional nonlinear processes which approximate the long-time dynamics so that highly oscillatory terms may be ignored. However, the removal of such high frequency transitions can only be performed rigorously within a systematic framework of time-coarse graining, which is a fundamentally irreversible operation. This implies that standard approaches with unitary effective models cannot accurately capture the long-time behavior of strongly driven nonlinear quantum systems in general. We introduce a systematic perturbation theory for obtaining the complete non-unitary effective model of the time-coarse grained (TCG) dynamics of a driven quantum system to any order in the coupling strengths. We derive a closed-form analytical formula for both unitary and non-unitary contributions, in the form of an effective Hamiltonian and non-unitary (pseudo-)dissipators. Remarkably, even though the effective theory presumes unitary time evolution at the microscopic level, the time-coarse grained dynamics is found to follow a non-unitary time evolution in general. This occurs even when there is no open heat reservoir for the system to become entangled with or dissipate into. We demonstrate the effectiveness of the new method using several typical models of driven nonlinear systems in superconducting circuits, and show that it generalizes and improves on existing methods by providing more accurate results and explaining phenomena that have not been accounted for.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングにおける最近の多くの進歩は、状態準備、信号増幅、ゲート操作のために非線形システムの強い駆動を利用する。
しかし、そのような強く駆動されたシステム内の相互作用は、モデル化が非常に難しい非自明な方法でシステムの長時間の挙動に影響を与える、マルチスケールのダイナミクスを導入している。
したがって、これらの系の解析は、しばしば、高振動項を無視するように長時間の力学を近似する追加の非線形過程を導入する効果的なハミルトンモデルに依存する。
しかし、そのような周波数遷移の除去は、基本的に不可逆な操作である時間粗粒化の体系的な枠組みの中でのみ厳密に行うことができる。
これは、一元的有効モデルによる標準的なアプローチは、強駆動の非線形量子系全般の長時間の挙動を正確に捉えることができないことを意味する。
本稿では,結合強度の任意の順序に対して,駆動量子系の時間粗粒度(TCG)の完全な非単位実効モデルを得るための体系的摂動理論を導入する。
我々は、有効ハミルトニアンおよび非ユニタリ(擬似)散逸器の形で、ユニタリと非ユニタリの両方に対する閉形式解析式を導出する。
注目すべきは、有効理論が顕微鏡レベルでの単体時間進化を仮定しているにもかかわらず、時間粗い粒度のダイナミクスは一般に単体時間進化に従うことが分かることである。
これは、システムが絡み合ったり散らされたりするためのオープンな熱貯水池が存在しない場合でも起こる。
超伝導回路における駆動非線形系の典型的なモデルを用いた新しい手法の有効性を実証し、より正確な結果を提供し、説明されていない現象を説明することによって、既存の手法を一般化し、改善することを示す。
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