論文の概要: Phonon decoherence produced by two-level tunneling states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.21388v1
• Date: Tue, 24 Feb 2026 21:35:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-26 18:19:16.617249
• Title: Phonon decoherence produced by two-level tunneling states
• Title（参考訳）: 2レベルトンネル状態によるフォノンデコヒーレンス
• Authors: Ryan O. Behunin, Taylor Ray, Dylan Chapman, Andrew J. Shepherd, Yizhi Luo, Peter T. Rakich,
• Abstract要約: 我々は、選択されたフォノンモードとTLSの大きなアンサンブルの間の相互作用をキャプチャする結合系に対する量子マスター方程式を導出する。 我々は、トンネル状態の薄い表面層をホストする水晶マイクロ共振器内の様々な量子状態の寿命を推定する。 その結果, 機械的消散量の増加にもかかわらず, フォノンのコヒーレンス時間は低温で最大化できることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2485804052757041
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Phonon modes within pristine crystalline resonators now routinely reach the quantum ground state. Such systems are attractive for quantum information science applications, as advanced fabrication and processing can enable relatively long quantum coherence times, and precision control can be realized through optical, electrical, or qubit coupling. In many state-of-the-art systems, the phonon lifetime is limited by disorder. In particular, native oxides or damaged `dead layers' at surfaces can host two-level tunneling states that lead to a particularly problematic form of dissipation that increases at lower temperatures. As mechanical losses are driven down in systems such as micro-fabricated bulk acoustic wave resonators, tunneling states are expected to emerge as the dominant mechanism for phonon decoherence. A quantitative description of these mesoscopic systems therefore requires a framework that captures interactions between a selected phonon mode and a large ensemble of TLS. Here, we derive a quantum master equation for this coupled system, permitting the phonon decoherence produced by two-level tunneling states to be calculated. As an example, we estimate the lifetime of a variety of quantum states within quartz micro-resonators hosting a thin surface layer of tunneling states. We find that the phonon coherence time is maximized at low temperatures, in spite of increased mechanical dissipation, and that phonon-TLS coupling can be reduced for modes with strain nodes at the surfaces.
• Abstract（参考訳）: プリスタン結晶共振器内のフォノンモードは、現在では量子基底状態に定期的に到達している。 このようなシステムは量子情報科学の応用には魅力的であり、高度な製造と処理は比較的長い量子コヒーレンス時間を可能にし、精密制御は光学的、電気的、または量子ビット的結合によって実現できる。 多くの最先端システムでは、フォノン寿命は障害によって制限される。 特に、表面のネイティブ酸化物や損傷した「死層」は、2段階のトンネル状態を持ち、特に低い温度で上昇する散逸という問題を引き起こす。 マイクロファブリケードバルク音響共振器などのシステムでは機械的損失が減少するので、トンネル状態がフォノンデコヒーレンスの主要なメカニズムとして期待できる。 したがって、これらのメソスコピックシステムの定量的な記述は、選択されたフォノンモードとTLSの大きなアンサンブルの間の相互作用をキャプチャする枠組みを必要とする。 ここでは、この結合系に対する量子マスター方程式を導出し、2レベルトンネル状態によって生成されるフォノンのデコヒーレンスを計算する。 一例として、トンネル状態の薄い表面層をホストする水晶マイクロ共振器内の様々な量子状態の寿命を推定する。 機械的消散量の増加にもかかわらず, 低温ではフォノンコヒーレンス時間を最大化し, 表面のひずみノードを有するモードではフォノン-TLS結合を低減できることがわかった。

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