2018年121卷22期导读

作者: 郭文安

来源: 京师物理

发布日期: 2018-12-10

本期导读涵盖了多个物理学领域的研究成果,包括纠缠、量子系统的接触、无耗散动力学、光力学贝尔测试等。研究者们通过实验和理论探讨了量子物理的基本概念及其应用,展示了在不同条件下量子态的特性和行为。

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普通物理:统计与量子物理

纠缠作为关联相干性的对称部分

Tan等人证明了关联相干的对称部分始终是纠缠的有效量度,并且这个性质独立于相干测量的特定选择。这就导致了一类无限大的基于相干的单调纠缠,对于纯态如果相干性度量也是可计算的,则它总是可以计算的。此前已知的是每个纠缠测量都可以构造为一个相干测量。这里给出的结果表明反之亦然。

所呈现的结构也可以扩展到包括非经典关联的更普遍的概念,导致与量子失协相关的量词,从而提供了在单一框架下统一量子关联的所有这些概念的途径。

有限温度下Lieb-Liniger玻色子的Tan接触Tan关系将具有两体接触相互作用的多体量子系统的各种微观特征与称为接触的单个量联系起来。后者在描述量子气体中已成为关键。

Hepeng Yao等人提供了任意相互作用和任意温度下谐波受限Lieb-Lin气体的Tan接触的完整表征。结合热Betheansatz、局域密度近似和精确量子蒙特卡罗计算,他们证明了接触是只有两标度参数的通用函数,并确定了标度函数。他们发现,接触的温度依赖性,或者等效地熵的相互作用依赖性,显示出一个最大值。这个最大值的存在提供了交叉费米子化区域的明确的特征,并且在当前实验中是可获得的。

高斯连续变量开放系统中的普适无耗散动力学

Han-Jie Zhu等人研究了存在带隙玻色子环境的情况下高斯连续变量系统的普适无耗散动力学。他们的结果表明,环境带隙可以诱导局域模,从而产生无耗散动力学,系统表现为自由振荡器而不是在长时极限下的完全衰减。他们给出了局域模的完整特征,并证明了临界的系统-环境耦合的存在。超过临界值,可以产生局域化的模,系统动力学变为无耗散。这种新奇的动力学可以用于克服环境噪声,保护连续变量量子信息中的量子资源。

光力学贝尔测试研究人员通过实验用两个宏观力学共振器证明了量子物理的两个基石——纠缠和贝尔不等式的破坏。在过去的几十年中,贝尔型不等式的实验测试一直处于理解量子力学及其应用的最前沿。这些物理系统上特定测量的强约束源于经典物理学的一些最基本概念——特别是物体的属性是明确定义的,与测量(现实性)无关,并且仅受局部相互作用(局域性)的影响。

毫无疑问这些约束的违背表明,所测量的系统不具有经典性,没有任何关于量子理论有效性的假设。它还发现了量子技术的应用,用于证明设备是否适合产生量子随机性,分配密钥和量子计算。在这里,作者报告了涉及大规模宏观力学系统的贝尔不等式的违反。作者在两个硅光力学振荡器的振动运动之间产生光物质纠缠,每个振荡器包括大约10^10个原子和两个光学模。

这种状态允许通过超过4个标准差来违反Bell不等式,直接确认作者的光力学系统在公平抽样假设下的非经典行为。

原子-腔体系中的光诱导相干性

作者证明了在冷原子气系统中光诱导相干性的形成,其利用了竞争密度波(DW)序的抑制。将凝聚的原子置于光学腔中并通过外部光驻波抽运,这引起由光子散射介导的长程相互作用以及高于临界泵强度的DW序。作者表明,抽运波的光诱导时间调制可以抑制这种DW序并恢复其相干性。这建立了竞争序的动态控制的基本原理,类似于高温Tc铜氧化物中光诱导超导性的假设机制。

裁剪非高斯连续变量的图状态

图状态是基于测量的连续变量量子计算的支柱。然而,这些状态的实验实现引起了场正交的高斯测量统计,这为获得真正的量子优势造成了障碍。在这篇文章中,Walschaers等人提出通过模式选择性光子的加法和减法作为变量和实验特征途径在这种连续变量图状态中引入非高斯的特征。特别地,他们研究了非高斯特征在图顶点间是如何传播的,这使得他们可以展示这种途径可实现的控制度。

利用超导量子比特动态解耦提高保真度的论证

量子计算机必须能够在退相干的情况下运行。降低退相干的最简单策略是动态解耦(DD),它不需要编码开销,并通过将量子门转换为去耦脉冲来工作。在这里,使用IBM和Rigetti平台,作者证明DD方法适合在当今相对嘈杂和小规模的基于云的量子计算机中实现。使用DD,作者表示可以获得相对单个超导传输量子比特的无保护,自由演化的实质保真度增益。在较小程度上,DD还能够保护纠缠的二量子比特态。

作者表明,在这些系统中,去相位和自发辐射误差占主导地位,并且不同的DD序列能够减轻这两种效应。与先前在相同平台上使用量子纠错码的工作不同,作者不使用后选择方法,因此提高非条件保真度以抵抗自然退相干。

热力学纯量子态由线性到非线性的响应Endo等人提出了一种自我验证的方案以计算量子多体系统对任意强度外场在任何温度下的无偏差的响应。

通过将指定外场接通到孤立系统的热力学纯量子态,并跟踪其时间演化,可以观察到完全由多体效应驱动的内在的热化过程。热化前的瞬态行为包含了有关激发态的丰富信息,给出了所有频率上的线性和非线性响应函数。他们揭示了通过适当定义非线性响应函数而支持的澄清该公式适用性的必要条件。

该方案准确性是由随系统尺寸指数衰减的误差的严格上限以及其在简单的铁磁海森堡链中可以很好的实现保证的,铁磁海森堡链对高强度外场的响应表现为非线性的能带变形。

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