論文の概要: Investigations on Quantum Correlations and Open Quantum System Dynamics Through Nuclear Spins
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.05661v1
- Date: Thu, 05 Feb 2026 13:43:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-06 18:49:08.955026
- Title: Investigations on Quantum Correlations and Open Quantum System Dynamics Through Nuclear Spins
- Title（参考訳）: 核スピンによる量子相関とオープン量子系ダイナミクスの研究
- Authors: Arijit Chatterjee,
- Abstract要約: ユニタリ作用素の重畳の下で進化する量子ビットに対して、Leggett Garg不等式(LGI)によって定量化された時間量子相関について検討する。
複素平面における分配関数の零点であるリー・ヤンゼロについて検討し、臨界付近の熱力学的挙動を明らかにする。
局所的な相互作用によって引き起こされる絡み合いの局所化と非局在化に関する我々の研究について論じ、量子データ処理の不等式に明らかに違反する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nuclear spins provide an ideal platform for studying quantum correlations and open quantum system dynamics across diverse areas, including quantum information, quantum foundations, and many-body physics. This is enabled by their long longitudinal (T1) and transverse (T2) coherence times and precise control using radio frequency pulses. In this thesis, I present my work using nuclear spins to explore these themes. First, I study temporal quantum correlations quantified by the Leggett Garg inequality (LGI) for a qubit evolving under a superposition of unitary operators. Using a three qubit quantum register, we experimentally realized superposed unitaries and observed LGI violations exceeding the maximal quantum bound of 1.5, indicating enhanced non-classicality. Notably, this superposed unitary dynamics also showed improved robustness against decoherence. Next, I investigate Lee Yang zeros, which are zeros of the partition function in the complex plane that reveal thermodynamic behavior near criticality. We proposed and experimentally demonstrated a method to determine the full set of Lee Yang zeros of an asymmetric Ising model using a single quantum probe in a three-qubit nuclear spin register. We further showed that the mutual information between the probe and system peaks at times corresponding to these zeros. I then report our study of the quantum Mpemba effect in nuclear spin relaxation, where systems farther from equilibrium can relax faster than those closer to steady state, verified both theoretically and experimentally using NMR. Finally, I discuss our work on entanglement localization and delocalization induced by local interactions, leading to an apparent violation of the quantum data processing inequality. We showed that this violation is only apparent by constructing a completely positive and trace preserving map describing the dynamics.
- Abstract（参考訳）: 量子スピンは、量子情報、量子基礎、多体物理学を含む様々な領域にわたる量子相関とオープン量子系のダイナミクスを研究するための理想的なプラットフォームを提供する。
これは、長い長手(T1)と横(T2)のコヒーレンス時間と、無線周波数パルスを用いた精密制御によって実現される。
この論文では、核スピンを使ってこれらのテーマを探求します。
まず,Lggett Garg不等式(LGI)で定量化された時間量子相関を,ユニタリ作用素の重畳の下で進化する量子ビットについて検討する。
3量子ビット量子レジスタを用いて、重畳されたユニタリと1.5の最大量子境界を超えるLGI違反を実験的に実現し、非古典性の向上を示した。
特に、この重畳されたユニタリダイナミクスはデコヒーレンスに対する堅牢性も向上した。
次に、複素平面における分配関数の零点であるリー・ヤンゼロについて検討し、臨界付近の熱力学的挙動を明らかにする。
我々は,3量子核スピンレジスタの単一量子プローブを用いて,非対称イジングモデルのリー・ヤン零点の完全集合を決定する手法を提案し,実験的に実証した。
さらに、プローブとシステム間の相互情報は、これらの零点に対応するタイミングでピークとなることを示した。
次に、核スピン緩和における量子Mpemba効果の研究を報告し、平衡から遠く離れた系は定常状態に近い系よりも速く緩和し、NMRを用いて理論的および実験的に検証した。
最後に、局所的な相互作用によって引き起こされる絡み合いの局所化と非局在化に関する我々の研究について論じ、量子データ処理の不等式に明らかに違反する。
我々は、この違反は、ダイナミクスを記述した完全に正かつトレースな保存マップを構築することでのみ明らかであることを示した。
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