論文の概要: Towards ultrastrong-coupling quantum thermodynamics using a superconducting flux qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.10774v1
- Date: Sat, 16 Nov 2024 11:20:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-19 14:27:01.625668
- Title: Towards ultrastrong-coupling quantum thermodynamics using a superconducting flux qubit
- Title（参考訳）: 超伝導束量子ビットを用いた超強結合量子熱力学へ向けて
- Authors: Rishabh Upadhyay, Bayan Karimi, Diego Subero, Christoforus Dimas Satrya, Joonas T. Peltonen, Yu-Cheng Chang, Jukka P. Pekola,
- Abstract要約: クビットのハイブリッド化状態とそれに結合したキャビティを観察することにより,強い結合を示す実験的な証拠を示す。
また, 量子ビットに小さな磁束を印加することにより, 熱電流のオンオフ比の約100%のスイッチングを実証した。
我々は、真の量子熱エンジンと冷凍機を高効率で実現することを目的とした、量子熱力学の新しいツールを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.439115146212617
- License:
- Abstract: Thermodynamics in quantum circuits aims to find improved functionalities of thermal machines, highlight fundamental phenomena peculiar to quantum nature in thermodynamics, and point out limitations in quantum information processing due to coupling of the system to its environment. An important aspect to achieve some of these goals is the regime of strong coupling that has remained until now a domain of theoretical works only. Our aim is to demonstrate strong coupling features in heat transport using a superconducting flux qubit that has been shown to reach strong to deep-ultra strong coupling regimes. Here we show experimental evidence of strong coupling by observing a hybridized state of the qubit with the cavities coupled to it, leading to a triplet-like thermal transport via this combined system around the minimum energy of the qubit, at power levels of tens of femtowatts, exceeding by an order of magnitude from the earlier ones. We also demonstrate close to 100% on-off switching ratio of heat current by applying small magnetic flux to the qubit. Our experiment opens a way towards testing debated questions in strong coupling thermodynamics such as what heat in this regime is. We also present a theoretical model that aligns with our experimental findings and explains the mechanism behind heat transport in our device. Furthermore, we provide a new tool for quantum thermodynamics aimed at realizing true quantum heat engines and refrigerators with enhanced power and efficiency, leveraging ultra-strong coupling between the system and environment.
- Abstract（参考訳）: 量子回路における熱力学は、熱機械の機能を改良し、熱力学における量子の性質に特有の基本的な現象を強調し、システムと環境の結合による量子情報処理の限界を指摘することを目的としている。
これらの目標のいくつかを達成するための重要な側面は、これまで理論的な研究のみの領域として残った強い結合の体制である。
本研究の目的は, 超伝導フラックス量子ビットを用いた熱輸送における強い結合特性を示すことにある。
ここでは、クビットのハイブリッド化状態とそれに結合したキャビティを観測することにより、数十フェムトワットの電力レベルにおいて、クビットの最小エネルギー付近のこの結合系を経由したトリプレットのような熱輸送を、それ以前のものから桁違いに超えるように観測することで、強いカップリングの実験的証拠を示す。
また、量子ビットに小さな磁束を印加することにより、熱電流のオンオフスイッチング比を100%近く示す。
我々の実験は、この状態における熱が何であるかのような強いカップリング熱力学における議論された問題をテストする方法を開く。
また、実験結果と整合する理論モデルを提案し、デバイス内の熱輸送のメカニズムを説明する。
さらに,本システムと環境との超強結合を利用した,真の量子熱エンジンと冷凍機の実現を目的とした,量子熱力学の新しいツールを提案する。
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