論文の概要: Cooperative non-reciprocal emission and quantum sensing of symmetry breaking
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.14850v2
- Date: Sat, 16 Nov 2024 01:58:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-19 14:26:20.190966
- Title: Cooperative non-reciprocal emission and quantum sensing of symmetry breaking
- Title（参考訳）: 協調的非相互放出と対称性破壊の量子センシング
- Authors: Xin Li, Benedetta Flebus,
- Abstract要約: エネルギーと情報の非相互伝播は、幅広い量子技術応用に不可欠である。
反対称的(対称的)コヒーレントと対称的(対称的)散逸的相互作用の相互作用が非相互結合をもたらすことを示す。
我々は、時間変調外付けドライブや複雑なエンジニアリングを必要とせず、クビットアンサンブルにおける協調的非相互輸送を実現するための道を開いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.431087385310259
- License:
- Abstract: Non-reciprocal propagation of energy and information is fundamental to a wide range of quantum technology applications. In this work, we explore the quantum many-body dynamics of a qubit ensemble coupled to a shared bath that mediates coherent and dissipative inter-qubit interactions with both symmetric and anti-symmetric components. We find that the interplay between anti-symmetric (symmetric) coherent and symmetric (anti-symmetric) dissipative interactions results in non-reciprocal couplings, which, in turn, generate a spatially asymmetric emission pattern. We demonstrate that this pattern arises from non-reciprocal interactions coupling different quantum many-body states within a specific excitation manifold. Focusing on solid-state baths, we show that their lack of time-reversal and inversion symmetry is a key ingredient for generating non-reciprocal dynamics in the qubit ensemble. With the plethora of quantum materials that exhibit this symmetry breaking at equilibrium, our approach paves the way for realizing cooperative non-reciprocal transport in qubit ensembles without requiring time-modulated external drives or complex engineering. Using an ensemble of nitrogen-vacancy (NV) centers coupled to a generic non-centrosymmetric ferromagnetic bath as a concrete example, we demonstrate that our predictions can be tested in near-future experiments. As the spatial asymmetry in the relaxation dynamics of the qubit ensemble is a direct probe of symmetry breaking in the solid-state bath, our work also opens the door to developing model-agnostic quantum sensing schemes capable of detecting bath properties invisible to current state-of-the-art protocols, which operate solid-state defects as single-qubit sensors.
- Abstract（参考訳）: エネルギーと情報の非相互伝播は、幅広い量子技術応用に不可欠である。
本研究では、対称成分と反対称成分の両成分とのコヒーレントおよび散逸性相互作用を媒介する共有浴と結合した量子ビットアンサンブルの量子多体ダイナミクスについて検討する。
反対称的(対称的)コヒーレントと対称的(対称的)散逸的相互作用の相互作用は非相互結合となり、空間的に非対称な放出パターンを生成する。
このパターンは、特定の励起多様体内で異なる量子多体状態が結合する非相互相互作用から生じることを実証する。
固体浴に焦点をあてて、時間反転対称性と反転対称性の欠如が、クォービットアンサンブルにおける非相互ダイナミクスを生成する重要な要素であることを示す。
この対称性の破れを平衡で示す多くの量子材料によって、我々のアプローチは、時間変調された外部駆動や複雑な工学を必要とせず、クビットアンサンブルにおける協調的非相互輸送を実現するための道を開く。
窒素空洞 (NV) 中心のアンサンブルと一般の非セントロ対称強磁性浴を具体例として用いて, 近未来の実験で予測を検証できることを実証した。
量子アンサンブルの緩和力学における空間的非対称性は、固体浴における対称性破壊の直接プローブであるので、我々の研究は、固体欠陥を単一量子センサとして操作する現在の最先端プロトコルに不可視な入浴特性を検出することのできる、モデル非依存の量子センシングスキームを開発するための扉を開く。
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