PRL导读 - 2018年121卷07期

来源: 京师物理

发布日期: 2018-08-27

本文介绍了2018年121卷07期的物理快报,包括复合系统浴相互作用的稳态相干、玻色-爱因斯坦凝聚体动量空间中的量子行走、通过光学时钟跃迁中光子介导相互作用产生鲁棒的自旋压缩、量子相干性的概率提纯、经典随机过程的速度极限等多个研究主题。

我们本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨,根据PRL摘要对本期所有的快报文章进行中文导读。由于水平有限,不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能,欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方,共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后,会显示在文章下方,供后来浏览者参考。

复合系统浴相互作用的稳态相干

Guarnieri等人给出了二能级量子系统与热浴间的相互作用哈密顿量的结构,在没有任何外界驱动或相干测量的情况下,保证稳态相干(SSC)产生的充分条件。显著地,以这种方式获得SSC与系统的初态是无关的,因此可以被看成是初始非相干。他们详细的描述了这个现象,首先在弱耦合区域解析地分析了两个典型模型,然后在更复杂的系统中进行数值计算,且不对耦合强度设定任何假设。

在所有这些情况下,发现当热浴被冷却时SSC变得越来越显著。这些结果可以直接在许多实验平台上进行验证。

玻色-爱因斯坦凝聚体动量空间中的量子行走通过控制超冷原子的动量,研究人员证明量子行走是量子搜索算法的一个潜在组成部分。Siamak Dadras等人提出了一种基于超冷铷原子动量(行走空间)和两个内部原子态(“硬币”自由度)之间纠缠的一维具有离散时间的量子行走。

他们的方案具有很高灵活性,可以为广泛的应用提供平台,例如量子搜索算法,拓扑相的观察,以及实现更高维度的行走。连同量子到经典转变的研究,他们还展示了量子行走的显著特征,并将量子行走与它的经典对应作比较。此外,通过控制行走或“硬币运算符”,他们展示了行走动力学如何被控制和反转。

通过光学时钟跃迁中光子介导相互作用产生鲁棒的自旋压缩

腔QED是量子计量中确定性生成纠缠和自旋压缩态的一条有前景的途径。一种原型方案通过集体单轴扭转相互作用产生挤压。然而,作者表明,在长寿命原子中使用光学跃迁的实施方式中,可实现的压缩基本上受到腔模的共同增强发射的限制,该腔模与腔介导的自旋-自旋相互作用同时产生。作者提出了一种替代方案,该方案产生一种受到集体发射保护的压缩状态,并研究其对实验噪声源和缺陷源的敏感性。

量子相干性的概率提纯

提纯量子相干性的能力是优化量子技术性能的关键;然而这一目标并非总能实现。Kun Fang等人开发了量子相干的一次性概率提纯的总体框架,确定了不同种类自由操作的根本局限性。作者首先给出最大成功概率的几何表述,阐明通过最大非相干性操作(MIO)和移相协变非相干操作(DIO),能够将问题简化成可高效计算的半定程序。

通过探索这些结果,作者发现DIO和其子操作-严格非相干操作在从纯的输入态中进行相干性概率提纯方面具有相同效果,但是MIO则更加强大。作者接着证明了一个根本性的不可行结果:从任何满秩态中进行相干性提纯都是不可能实现的,即使是概率提纯。作者进一步发现,在某些情况下,最大成功概率会在超出提纯保真度阈值时突然消失。

最后,作者考虑催化剂辅助下的概率相干性提纯,阐明在一些特定的例子中,其相较于无辅助和确定性情况的优势。

经典随机过程的速度极限

本文讨论了经典随机马尔可夫过程在有无局域细致平衡条件下的速度极限。作者发现,对于这两种情况,在状态转换速率和熵产生之间存在一个折衷不等式。动力学行为与时间尺度相关,在该不等式中起着至关重要的作用。对于没有局域细致平衡条件的动力学,作者采用Hatano Sasa熵产生代替标准熵产生。他们的不等式由随机热力学中常用的量组成,并明确地揭示了潜在的物理机制。

引力与天体物理

亚GeV暗物质可以在未来MeV伽马射线望远镜中被探测。本文作者提出了一种新的框架,其中使用未来的MeV伽马射线射线望远镜可以观测到轻(亚GeV)暗物质粒子(DM),而且不会与宇宙微波背景(CMB)数据发生冲突。稳定的DM粒子χ由于湮灭横截面大而具有非常低的热遗留丰度。DM数密度存储在稍重的亚稳态波函数ψ中,具有抑制的对湮灭率,不会对CMB产生干扰,并且其晚期衰变ψ→χ使得宇宙被χDM粒子填充。

他们为这个框架提供了详细的、模型不依赖的实现方法,并讨论了对晚期衰减的限制,进而对CMB、大爆炸核合成及大尺度结构的参数给出了限制。

紧致双系统合并测试引力波记忆效应引力记忆是广义相对论的重要预测,它与类光无穷远的渐近对称性和所谓的软引力定理密切相关。对于给定的瞬态天文事件,能量和角动量通量的角分布唯一地决定了空中的位移和自旋记忆效应。

文章中,作者研究了使用先进的LIGO/Virgo检测到的双黑洞合并事件来测试源能量发射与地球上测量的引力记忆之间的关系的可能性,正如广义相对论所预测的那样。作者发现虽然高级LIGO/Virgo很难在一年检测到第三代探测器网络,但很容易排除假设各向同性记忆分布的假设。此外,他们构造了双中子星合并记忆波形的唯象模型,并用它来解决在第三代探测器时代这些事件对记忆的可检测性。

他们还发现从中子星合并中测量引力记忆是区分不同中子星态方程的一种可能方法。

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