論文の概要: Unraveling the switching dynamics in a quantum double-well potential
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.00209v1
- Date: Tue, 31 Dec 2024 01:12:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-05 17:13:22.509052
- Title: Unraveling the switching dynamics in a quantum double-well potential
- Title（参考訳）: 量子ダブルウェルポテンシャルにおけるスイッチングダイナミクスの解明
- Authors: Qile Su, Rodrigo G. Cortiñas, Jayameenakshi Venkatraman, Shruti Puri,
- Abstract要約: 二重井戸ポテンシャルの井戸間における量子粒子の自発スイッチングについて検討する。
スイッチングレートは「階段」と呼ばれるステップライクな低下を示す
さらに, 湿地および中温・低温では, 高励起状態がカスケードおよび直接加熱によって主に占められていることが確認された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The spontaneous switching of a quantum particle between the wells of a double-well potential is a phenomenon of general interest to physics and chemistry. It was broadly believed that the switching rate decreases steadily with the size of the energy barrier. This view was challenged by a recent experiment on a driven superconducting Kerr nonlinear oscillator (often called the Kerr-cat qubit or the Kerr parametric oscillator), whose energy barrier can be increased by ramping up the drive. Remarkably, as the drive amplitude increases, the switching rate exhibits a step-like decrease termed the "staircase". The view challenged by the experiment demands a deep review of our understanding of quantum effects in double wells. In this work, we derive a semi-analytical formula for the switching rate that resolves a continuous transition between tunneling- and dissipation-dominated dynamics. These two dynamics are observed respectively in the flat and the steep parts of each step in the staircase. Our formula exposes two distinct dissipative processes that limit tunneling: dephasing and decay. This allows us to predict the critical drive amplitudes where steps occur. In addition, we show that in the regime of a few states in the well and under moderate to low temperatures, highly excited states are populated predominantly via cascaded and direct thermal heating rather than quantum heating. At very low temperatures, however, the perturbation induced by the nonhermitian Hamiltonian becomes important and facilitates a new form of quantum heating. We numerically map the activation mechanism as a function of drive amplitude, damping rate, and temperature. Our theory deepens the understanding of switching dynamics between metastable quantum states, highlights the importance of a general interplay between tunneling and dissipation, and identifies a novel quantum regime in activated transitions.
- Abstract（参考訳）: 二重井戸ポテンシャルの井戸の間の量子粒子の自発的なスイッチングは、物理学や化学への一般的な関心の現象である。
スイッチング速度はエネルギー障壁の大きさとともに着実に低下すると広く信じられていた。
この見解は、最近の超伝導Kerr非線形発振器(しばしばKerr-cat qubitまたはKerrパラメトリック発振器と呼ばれる)の実験により、駆動を上昇させることでエネルギー障壁を増大させることができた。
注目すべきは、駆動振幅が増加するにつれて、スイッチングレートは「階段」と呼ばれるステップ的な低下を示すことである。
この実験で挑戦された見解は、二重井戸における量子効果の深い理解を要求するものである。
本研究では,トンネルと散逸支配力学の連続的な遷移を解消する切替速度に関する半解析式を導出する。
これらの2つの動力学は階段の各段の急な部分と平らな部分でそれぞれ観察される。
我々の公式は、トンネルを制限している2つの異なる散逸過程を露呈する。
これにより、ステップが発生しているクリティカルドライブ振幅を予測できます。
さらに, 井戸内の少数の状態と温暖化条件下では, 高い励起状態が量子加熱ではなくカスケードおよび直接加熱によって占められていることが明らかとなった。
しかし、非常に低温では、非エルミートハミルトニアンによって誘導される摂動が重要となり、新しい量子加熱の形式を促進する。
我々は、活性化機構を駆動振幅、減衰速度、温度の関数として数値的にマッピングする。
我々の理論は、準安定量子状態間のスイッチングダイナミクスの理解を深め、トンネルと散逸の間の一般的な相互作用の重要性を強調し、活性化遷移における新しい量子状態を特定する。
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