量子比特和腔之间的色散相互作用在电路和腔量子电动力学中无处不在。它描述了一个量子模式响应另一个量子模式的激发而发生的频率偏移,并且在封闭系统中必然是双向的,即互易的。在这里,我们展示了一项关于 transmon 量子比特和超导腔之间非互易色散型相互作用的实验研究,这种相互作用源于与具有破坏时间反转对称性的耗散中间模式的共同耦合。我们通过原位调整铁氧体元件的磁场偏置来表征不同程度的非互易性下的量子比特腔动力学,包括不对称频率牵引和光子散粒噪声失相。我们引入了一个用于色散状态下非互易相互作用的通用主方程模型,为与中间系统无关的观察到的量子比特腔动力学提供了紧凑的描述。我们的结果提供了一个超越非厄米汉密尔顿量和级联系统典型范式的量子非互易现象的例子。
互易性可以理解为黑格尔哲学定义意义上的作用与反作用的关系。引用康德的话,自由和道德需要是相互限制的。在这篇文章中,作者对互易性进行了数学而非哲学的反思,认为互易性是万物永远存在的二元性。作为一名晶体学家,作者熟悉傅里叶变换的作用以及晶格与其倒易晶格之间的关系,已经指出了粒子和波之间的二元性。苏莱曼著名的信息相对论 (IR) 理论的结果激发了互易性项的推广,该理论已证明是物质波二元性的物理表现,与埃尔纳西发展的集合论 E-Infinity 理论相比,其中零集代表前量子粒子,前量子波被分配到围绕前粒子的空集边界。不出所料,最无理数
提出一种具有非互易耦合的双腔光机系统来实现可调的光学非互易性,有望制成用于操控信息处理和通信的光学装置。本文研究了双腔系统的稳态动力学过程和来自相反腔方向的光波传输。详细给出了探测场的透射谱,并分析了诱导透明窗口的物理机制。发现探测场传输的非互易响应出现在两个腔之间的两种不同耦合强度下,从而破坏了空间对称性导致光学非互易传输。此外,通过解析计算,我们给出了非互易效应的条件,并且可以通过调节腔场的耦合强度和耗散率来控制最佳非互易效应。由于该装置简单,本研究可能为实现用于光波传输的非互易结构提供有希望的机会。
非互易性源自时间反演对称性的破坏,已成为各种量子技术应用的基本工具。它使信号定向流动和有效噪声抑制成为可能,是当前量子信息和计算系统架构中的关键要素。在这里,我们探索其在优化量子电池充电动力学方面的潜力。通过在充电过程中通过储层工程引入非互易性,我们诱导从量子充电器到电池的定向能量流,从而显着增加能量积累。尽管存在局部耗散,但与传统的充电器-电池系统相比,非互易方法可将电池能量提高四倍。我们证明,采用共享储层可以建立一个最佳条件,其中非互易性可以提高充电效率并提高电池中的能量存储。这种效应在稳态极限下可以观察到,即使在过阻尼耦合状态下也适用,从而无需对演化参数进行精确的时间控制。我们的结果可以扩展到量子节点的手性网络,作为多单元量子电池系统来增强存储容量。所提出的方法很容易使用目前最先进的量子电路来实现,无论是在光子学还是超导量子系统中。在更广泛的背景下,非互易充电的概念对传感、能量捕获和存储技术或研究量子热力学具有重要意义。
两个量子系统之间的单向非互易相互作用通常用级联量子主方程来描述,并依赖于时间反转对称性 (TRS) 的有效破坏以及相干和耗散相互作用的平衡。在这里,我们提出了一种获得非互易量子相互作用的新方法,它与级联量子系统完全不同,并且通常不需要破坏 TRS。我们的方法依赖于任何马尔可夫林德布拉德主方程中存在的局部规范对称性。这种新型量子非互易性有许多含义,包括一种在目标量子系统上执行耗散稳态酉门操作的新机制。我们还引入了一种新的、非常通用的基于量子信息的度量来量化量子非互易性。
这里,S 是通过模拟得出的散射矩阵,其中对麦克斯韦方程进行了数值求解。参数 r 1 、t 1 、r 2 和 t 2 分别是 E in1 和 E in2 的单束光束的反射和透射系数。值得注意的是,在这种配置下,假设在此设置中互易性保持不变,则两个入射方向的透射系数相同(即 t = t 1 = t 2 )。反射的不对称性源于设计结构相对两侧排列的十字形石墨烯贴片的不同尺寸。
详细课程大纲 第一单元:变换微积分拉普拉斯变换:拉普拉斯变换、性质、逆、卷积、用拉普拉斯变换求某些特殊积分、初值问题的解。傅里叶级数:周期函数、函数的傅里叶级数表示、半程级数、正弦和余弦级数、傅里叶积分公式、帕塞瓦尔恒等式。傅里叶变换:傅里叶变换、傅里叶正弦和余弦变换。线性、缩放、频移和时移性质。傅里叶变换的自互易性、卷积定理。应用于边界值问题。第二单元:数值方法近似和舍入误差、截断误差和泰勒级数。插值 - 牛顿前向、后向、拉格朗日除差。数值积分 - 梯形、辛普森 1/3。通过二分法、迭代法、牛顿-拉夫森法、雷古拉-法尔西法确定多项式和超越方程的根。通过高斯消元法和高斯-西德尔迭代法求解线性联立线性代数方程。曲线拟合-线性和非线性回归分析。通过欧拉法、修正欧拉法、龙格-库塔法和预测-校正法求解初值问题。
Horowitz 等人使用图论方法提供了描述自主系统中信息传输的统一热力学方案。[9 ] Yamamoto 引入了图收缩法,证明了与信息流驱动相关的 Onsager 系数满足 Onsager 互易性。[10 ] 图论概念在学习纳米级能量、[11,12 ] 熵、涨落[13 ] 和信息的不可逆热力学方面取得了巨大成功。[14,15 ] Peusner 结合非平衡热力学、电路理论和图论,发展了网络热力学,以拓展其在生物系统中的适用性。 [ 16 – 22 ] 应用图论和网络热力学分析量子系统中的环通量、边通量和能量传输过程,可以指导热纳米器件的设计。一方面,许多研究关注不可逆热力学的自由能形式。Crooks 在微观可逆马尔可夫系统上进行了非平衡态自由能差异与功的测量。[ 23 , 24 ] Jarzynski 关系将两种状态之间的自由能差异与连接相同状态的一系列轨迹上的不可逆功联系起来,常用于计算经典系统和量子系统的平衡自由能。[ 25 – 28 ] Esposito 引入了非平衡系统自由能的概念来理解不可逆功
现有的大多数声学超材料依赖于具有固定配置的架构结构,因此,一旦结构制成,其属性就无法进行调制。新兴的主动声学超材料为按需切换属性状态提供了有希望的机会;然而,它们通常需要束缚负载,例如机械压缩或气动驱动。使用不受束缚的物理刺激来主动切换声学超材料的属性状态仍未得到很大程度上的探索。在这里,受鲨鱼皮小齿的启发,我们提出了一类主动声学超材料,其配置可以通过不受束缚的磁场按需切换,从而实现声学传输、波导、逻辑运算和互易性的主动切换。关键机制依赖于磁可变形米氏谐振器柱 (MRP) 阵列,这些阵列可以在垂直和弯曲状态之间调整,分别对应于声学禁止和传导。 MRP 由磁活性弹性体制成,具有波浪形空气通道,可在设计的频率范围内实现人工米氏共振。米氏共振会诱发声学带隙,当柱子被足够大的磁场选择性弯曲时,声学带隙会闭合。这些磁活性 MRP 还可用于设计刺激控制的可重构声学开关、逻辑门和二极管。本范例能够创建第一代不受束缚的刺激诱导的主动声学元设备,可能具有广泛的工程应用,包括从噪声控制和音频调制到声波伪装。
近年来,非互易物理取得了迅速发展,其独特应用包括不受反向作用影响的信号传输或处理、手性网络和隐形传感[1]。通过破坏洛伦兹互易性,人们已经利用原子[2,3]、固体器件[4–12]和合成材料[13–19]实现了经典信息(即平均光子数)的单向流。同样,也可以实现量子光二极管或量子信息的单向流。事实上,人们已经证明了单光子及其量子涨落的非互易控制,例如单光子二极管[20,21]或循环器[22],以及单向光子阻塞[23,24],这为手性量子工程[25–28]提供了关键工具。然而,到目前为止,在经典和量子区域之间切换单个非互易装置的可能性,以及用非互易装置保护量子纠缠的可能性尚未被揭示。在这里,我们提出了如何在腔光力学(COM)中实现非互易量子纠缠,揭示其在传统设备中无法实现的独特性质。具有相干光运动耦合的 COM 设备 [29,30] 已广泛用于大质量物体的量子控制 [31 – 36],特别是 COM 纠缠 [37 – 45] 或 COM 传感器 [46 – 48]。最近,甚至在光和 40 公斤镜子之间也观察到了室温下的量子关联 [49] 。在这里,我们表明 COM 纠缠可以以高度不对称的方式进行操纵,并且由此产生的非互易纠缠具有反直觉的能力,可以保持其