論文の概要: Quantum Correlation Assisted Cooling of Microwave Cavities Below the Ambient Temperature
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06996v1
- Date: Sun, 07 Dec 2025 21:03:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.630295
- Title: Quantum Correlation Assisted Cooling of Microwave Cavities Below the Ambient Temperature
- Title（参考訳）: 環境温度以下のマイクロ波キャビティの量子相関冷却
- Authors: Daryoosh Vashaee, Jahanfar Abouie,
- Abstract要約: 内部相関した2レベル系のポアソン流を用いたマイクロ波空洞モードの冷却に関する理論的枠組みを開発した。
2つの超伝導量子ビットを3次元キャビティ内で繰り返し準備し,結合し,リセットした実験実装について概説した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We develop a theoretical framework for cooling a microwave cavity mode using a Poisson stream of internally correlated pairs of two-level systems and analyze its performance under realistic dissipation. Starting from a Lindblad model of a phonon-tethered cavity interacting with sequentially injected atom pairs, we derive closed-form expressions for the steady-state cavity occupation and effective temperature. Two coupling geometries are examined: a one-atom configuration, where only one member of each pair interacts with the cavity, and a two-atom configuration, where both atoms couple collectively. The single-atom model enables cooling below the phonon bath but not below the reservoir temperature, whereas the two-atom scheme exhibits enhanced refrigeration - pair correlations modify the cavity's upward and downward transition rates so that the steady-state temperature can fall well below that of the reservoir for weak phonon damping. We map the parameter space including detuning, coupling strength, damping, and intra-pair exchange, identifying cooling valleys near resonance and the crossover between reservoir- and phonon-dominated regimes. The two-atom configuration thus realizes a genuine quantum-enhanced cooling mechanism absent in the single-atom case. We further outline an experimental implementation using two superconducting qubits repeatedly prepared, coupled, and reset inside a 3D cavity. Realistic reset and flux-tuning protocols support MHz-rate interaction cycles, enabling engineered reservoirs to impose cavity temperatures of 50-120 mK even when the cryostat is at ~1 K, offering a pathway to autonomous, on-chip refrigeration of microwave modes in scalable quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,内部相関した2レベル系のポアソン流を用いてマイクロ波空洞モードを冷却する理論的枠組みを開発し,その性能を現実的な散逸下で解析する。
連続的に注入された原子対と相互作用するフォノンテザリングキャビティのリンドブラッドモデルから、定常キャビティ占有と有効温度に対する閉形式式を導出する。
2つのカップリングジオメトリについて検討し、各ペアの1つのメンバーのみが空洞と相互作用する1つの原子構成と、両原子が一括して結合する2つの原子構成である。
単一原子モデルでは、フォノン浴より下は冷却できるが、貯水池温度以下では冷却できないが、2つの原子モデルでは冷却が強化されている。
我々は, 脱調, 結合強度, 減衰, 対面交換などのパラメータ空間をマッピングし, 共鳴近傍の冷却谷と, 貯水池とフォノンを支配下に置いた政権間の交差を同定した。
したがって、2原子構成は、単一原子の場合に存在しない真の量子増強冷却機構を実現する。
さらに,2つの超伝導量子ビットを3次元キャビティ内で繰り返し準備し,結合し,リセットした実験実装について概説する。
現実的なリセットおよびフラックスチューニングプロトコルは、MHzレートの相互作用サイクルをサポートし、スケーラブルな量子ハードウェアでマイクロ波モードの自律的でオンチップの冷却を可能にするため、エンジニアリングされた貯水池は、温度が1Kのときでも50-120mKのキャビティ温度を課すことができる。
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