論文の概要: Universal cooling of quantum systems via randomized measurements
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.11964v1
- Date: Fri, 13 Jun 2025 17:20:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-16 17:50:49.892143
- Title: Universal cooling of quantum systems via randomized measurements
- Title（参考訳）: ランダム化測定による量子系の普遍冷却
- Authors: Josias Langbehn, George Mouloudakis, Emma King, Raphaël Menu, Igor Gornyi, Giovanna Morigi, Yuval Gefen, Christiane P. Koch,
- Abstract要約: 量子系は、システムの詳細を事前に知ることなく冷却可能であることを示す。
このことは、複雑な量子システムの堅牢でスケーラブルな冷却は、汎用的で構造に依存しないプロトコルによって達成できることを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.47321763526812183
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: It is generally believed that the design of cooling protocols requires knowledge of the system's spectrum. In contrast, cooling processes in nature occur whenever the system is coupled to a cold bath. But how does nature know how to cool quantum systems? Here we address this question by mimicking a natural cold bath with a reservoir of "meter" qubits that are initialized in their ground state and interact with the system sequentially for a specified time before being discarded. This protocol is equivalent to quantum measurements without keeping the measurement readouts. We show that a quantum system can be cooled without prior knowledge of the system's details when the interactions between the system and the meters, as well as the level splittings of the meters, are chosen randomly. For sufficiently small interaction strengths and long interaction times, the rotating-wave approximation becomes valid, ensuring that resonant energy-exchange processes, which lead to cooling, dominate over heating. This demonstrates that robust and scalable cooling of complex quantum systems can be achieved through generic, structure-independent protocols. Our findings thus offer a versatile universal framework for engineering, controlling, and manipulating quantum matter far from equilibrium, in particular, for the purposes of quantum information processing and quantum simulations.
- Abstract（参考訳）: 一般に、冷却プロトコルの設計にはシステムのスペクトルに関する知識が必要であると考えられている。
対照的に、自然界の冷却過程は、システムが冷水浴に結合されるたびに起こる。
しかし、なぜ自然は量子システムを冷却する方法を知っているのか?
ここでは, 自然の冷水浴を「メーター」量子ビットの貯水池で模擬し, その基底状態において初期化され, 廃棄前に一定時間連続的にシステムと相互作用する。
このプロトコルは、測定の読み出しを保持することなく、量子測定と等価である。
量子系は、系とメートル間の相互作用とメートルのレベル分割がランダムに選択されたとき、システムの詳細を事前に知ることなく冷却可能であることを示す。
十分に小さな相互作用強度と長時間の相互作用時間のために、回転波近似が有効となり、冷却に繋がる共鳴エネルギー交換過程が加熱よりも支配的になる。
このことは、複雑な量子システムの堅牢でスケーラブルな冷却は、汎用的で構造に依存しないプロトコルによって達成できることを示している。
この結果から,量子情報処理や量子シミュレーションの目的で,量子物質を平衡から遠ざかる設計,制御,操作を行う汎用的な普遍的枠組みが得られた。
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