論文の概要: Observation of metastability in open quantum dynamics of a solid-state system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.21026v1
- Date: Mon, 30 Dec 2024 15:52:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-31 16:05:40.134029
- Title: Observation of metastability in open quantum dynamics of a solid-state system
- Title（参考訳）: 固体系の開量子力学における準安定性の観察
- Authors: Jun-Xiang Zhang, Yuan-De Jin, Chu-Dan Qiu, Wen-Long Ma, Gang-Qin Liu,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の単一核スピンの離散時間進化における転移性について実験的に観察した。
この結果は、オープン量子力学における非平衡物理学の解明への具体的な一歩を表している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.16777183511743465
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- Abstract: Metastability is a ubiquitous phenomenon in non-equilibrium physics and classical stochastic dynamics.It arises when the system dynamics settles in long-lived states before eventually decaying to true equilibria. Remarkably, it has been predicted that quantum metastability can also occur in continuous-time and discrete-time open quantum dynamics. However, the direct experimental observation of metastability in open quantum systems has remained elusive. Here, we experimentally observe metastability in the discrete-time evolution of a single nuclear spin in diamond, realized by sequential Ramsey interferometry measurements of a nearby nitrogen-vacancy electron spin. We demonstrate that the metastable polarization of the nuclear spin emerges at around 60,000-250,000 sequential measurements, enabling high-fidelity single-shot readout of the nuclear spin under a small magnetic field of 108.4 gauss. An ultra-long spin relaxation time of more than 10 s has been observed at room temperature. By further increasing the measurement number, the nuclear spin eventually relaxes into the maximally mixed state. Our results represent a concrete step towards uncovering non-equilibrium physics in open quantum dynamics, which is practically relevant for the utilization of metastable information in various quantum information processing tasks, such as accurate quantum operations, quantum channel discrimination and quantum error correction.
- Abstract（参考訳）: メタスタビリティは、非平衡物理学や古典確率力学においてユビキタスな現象であり、系力学が長寿命状態に落ち着き、最終的に真の平衡に崩壊するときに起こる。
注目すべきことに、量子メタスタビリティは連続時間および離散時間開放量子力学でも起こり得ると予測されている。
しかし、オープン量子系における準安定性の直接的な実験的観察は、いまだ解明されていない。
ここでは, ダイヤモンド中の単一核スピンの離散時間進化における準安定性を実験的に観察し, 近隣の窒素空孔電子スピンの逐次ラムゼー干渉測定により実現した。
核スピンの準安定偏光は、約6万-250,000のシーケンシャルな測定で発生し、108.4ガウスの小さな磁場下で核スピンの高忠実度単一ショットの読み出しを可能にした。
10秒以上の極長スピン緩和時間が室温で観測されている。
さらに測定数を増やすことで、核スピンは最終的に最大混合状態に緩和される。
本研究は, 量子力学における非平衡物理学の解明に向けた具体的な一歩であり, 正確な量子演算, 量子チャネル判別, 量子誤り訂正など, 様々な量子情報処理タスクにおける準安定情報の利用に実際に関係している。
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