論文の概要: Vacuum Rabi Splitting and Quantum Fisher Information of a Non-Hermitian Qubit in a Single-Mode Cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.16770v1
- Date: Sat, 21 Dec 2024 20:52:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-24 15:57:35.011870
- Title: Vacuum Rabi Splitting and Quantum Fisher Information of a Non-Hermitian Qubit in a Single-Mode Cavity
- Title（参考訳）: 単一モードキャビティにおける非エルミタン量子ビットの真空ラビ分割と量子フィッシャー情報
- Authors: Yi-Cheng Wang, Jiong Li, Li-Wei Duan, Qing-Hu Chen,
- Abstract要約: 非エルミート量子ビットの自然な拡張は、それを単一モードの空洞に配置することである。
まず、Bogoliubov演算子アプローチを用いて、$mathcalP MathcalT$ symmetric QRMを解く。
例外的に、$mathcalP MathcalT$ symmetric QRM の量子フィッシャー情報は、非エルミート量子ビット成分のそれよりもかなり高い。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.334943546242879
- License:
- Abstract: A natural extension of the non-Hermitian qubit is to place it in a single-mode cavity. This setup corresponds to the quantum Rabi model (QRM) with a purely imaginary bias on the qubit, exhibiting the parity-time ($\mathcal{P}\mathcal{T}$) symmetry. In this work, we first solve the $\mathcal{P} \mathcal{T}$ symmetric QRM using the Bogoliubov operator approach. We derive the transcendental function responsible for the exact solution, which can also be used to precisely identify exceptional points. The adiabatic approximation previously used can be easily formulated within this approach by considering transitions between the same manifolds in the space of Bogoliubov operators. By further considering transitions between the nearest-neighboring manifolds, we can analytically obtain more accurate eigen-solutions. Moreover, these simple corrections can capture the main features of the dynamics, where the adiabatic approximation fails. Furthermore, the rich characteristics of the vacuum Rabi splitting in the emission spectrum is predicted. The width of the peaks increases with the coupling strength and the imaginary biases, reflecting the nature of open quantum systems. Additionally, we identify a quantum criticality-enhanced effect by calculating the quantum Fisher information. Near the exceptional points, the quantum Fisher information in the $\mathcal{P} \mathcal{T}$ symmetric QRM is significantly higher than that of the non-Hermitian qubit component. This may open a new avenue for enhancing quantum sensitivity in non-Hermitian systems by incorporating coupling with an additional degree of freedom, enabling more precise parameter estimation.
- Abstract（参考訳）: 非エルミート量子ビットの自然な拡張は、それを単一モードの空洞に配置することである。
この設定は量子ラビモデル (QRM) に対応し、純虚偏差がキュービット上にあり、パリティ時間 ("\mathcal{P}\mathcal{T}$) 対称性を示す。
本研究では、Bogoliubov演算子アプローチを用いて、まず $\mathcal{P} \mathcal{T}$ symmetric QRM を解く。
我々は、厳密な解に責任を負う超越関数を導出するが、これは例外的な点を正確に特定するのにも使える。
従来使用されていた断熱近似は、ボゴリューボフ作用素の空間における同じ多様体間の遷移を考えることにより、このアプローチにおいて容易に定式化することができる。
さらに、最も近い近傍多様体間の遷移を考慮することで、より正確な固有解を得ることができる。
さらに、これらの単純な補正は、断熱近似が失敗する力学の主要な特徴を捉えることができる。
さらに、放射スペクトルにおける真空ラビ分裂のリッチな特性を予測した。
ピークの幅は結合強度と想像バイアスによって増大し、開量子系の性質を反映している。
さらに、量子フィッシャー情報を計算することにより、量子臨界度を増大させる効果を同定する。
例外的に、$\mathcal{P} \mathcal{T}$対称QRMの量子フィッシャー情報は、非エルミート量子ビット成分のそれよりもかなり高い。
これにより、さらなる自由度と結合することで、非エルミート系における量子感度を高める新たな道が開かれ、より正確なパラメータ推定が可能となる。
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