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离子阱量子计算中光学跃迁的几何相位门
量子计算中最重要的、最困难的实验工作之一是实现近乎完美的两量子比特门操作。目前，人们认为大约 10 −4 的门错误概率足够低，可以实现所谓的高效容错量子计算 1、2。囚禁离子串是实现量子计算机最有希望的候选对象之一。用离子量子门实验实现的最低门不真实性仍然在 3% 左右 3。这种几何相位门的主要限制来自自发辐射和磁场涨落 3、4。离子阱量子计算可以用两种替代的量子比特编码来实现：超精细基态量子比特和通过光跃迁连接的量子比特态。对于超精细量子比特，门操作由偶极跃迁介导的拉曼耦合执行。参考文献 3 使用了基于这种超精细跃迁的编码。然而，在这样的设置下，将自发散射降低到所需的容错水平以下是很有挑战性的 5,6 ，因为需要大量的激光功率。最近，针对超精细量子比特 7 ，提出了在四极跃迁中使用拉曼过程。然而，这种策略需要高激光功率来实现短门时间。在这里，我们提出了在光学跃迁上使用 z 型几何相位门来克服 3 实现中存在的一些限制。例如，使用光学四极跃迁可以充分降低自发辐射事件的可能性。同时还表明，磁场不敏感状态可用于 z
非平衡超冷原子的正交干涉测量...
我们开发了一种干涉技术，用于对光学晶格中非平衡超冷玻色子的场正交算子进行时间分辨测量。该技术利用磁性原子的内部状态结构来创建两个具有不同自旋状态和晶格位置的原子子系统。费什巴赫共振会关闭一个自旋子系统中的原子间相互作用，使其成为一个特征明确的参考状态，而另一个子系统中的原子则会在可变的保持时间内经历非平衡动力学。通过第二次光束分裂操作干涉子系统，通过检测相对自旋布居，可以对相互作用的原子进行时间分辨的正交测量。该技术可以为各种哈密顿量和晶格几何形状（例如立方、蜂窝、超晶格）提供正交测量，包括具有隧穿、使用人工规范场的自旋轨道耦合和高频带效应的系统。通过分析隧穿可忽略的深晶格的特殊情况，我们获得了正交可观测量及其涨落的时间演化。作为第二个应用，我们表明干涉仪可用于测量原子间相互作用强度，超海森堡标度为 ¯ n − 3 / 2（平均每个晶格点的原子数），标准量子极限标度为 M − 1 / 2（晶格点数）。在我们的分析中，我们要求 M ≫ 1，并且对于实际系统，¯ n 很小，因此总原子数 N = ¯ nM 的缩放低于海森堡极限；尽管如此，在此系统中应该可以进行基于相互作用的量子计量学的缩放行为测试。
![arXiv:2109.06864v3 [gr-qc] 2022 年 8 月 20 日](/simg/g:\will\search\icon\source\6\69079e1ae0e9ce8f9d129451df6b61d8df85c9df.webp)
arXiv:2109.06864v3 [gr-qc] 2022 年 8 月 20 日
广义相对论的伟大预言之一是引力波的存在。对双黑洞合并产生的引力波的观测[1]开创了天文学和宇宙学的新纪元。讨论引力波时，一个基本问题是它们的能量。20 世纪 50 年代，人们曾对引力波是否携带能量存在争议。最终，Bondi 通过一个简单的思想实验解决了这一争议[2]。直到 Isaacson 等人的研究，人们才对引力波的能量进行了数学描述，在 Isaacson 的研究中，通过用短波近似对几个波长的波场梯度平方取平均值，得到了引力波的有效能量动量张量[3,4]。在极早期宇宙物理学应用中，感兴趣的涨落波长大于哈勃半径，Mukhanov、Abramo 和 Brandenberger 导出了有效能量动量张量 [5,6]。在这些被称为几何方法的方法中，引力场被分为背景部分和波部分，有效能量动量张量来自波对背景的反作用。另一种方法被称为场论方法，其中有效能量动量张量通过拉格朗日-Belinfante-Rosenfeld 程序导出 [7-9]。结果是伪张量的各种表达式 [10-17]。尽管文献中提出了不同的获取引力波能量的方法，但它们都存在一些缺陷。在几何方法中，需要对引力场进行人工划分，而在场论方法中，伪张量取决于坐标。此外，这两种方法都需要一个额外的复杂平均方案，才能获得有意义的引力场有效能量动量张量。对这些人工对象的依赖会导致一些模糊性。因此，不同的方法
开放量子系统动力学和平均力吉布斯态
系统动态收敛到热分布或吉布斯状态是所有物理科学的标准假设。吉布斯状态仅由系统的温度和能量决定。然而，在减小系统尺寸时，即对于纳米级和量子系统，与环境的相互作用不可忽略。那么问题就来了：系统的稳态仍然是吉布斯状态吗？如果不是，稳态如何依赖于相互作用的细节？在这里，我们概述了回答这些问题的最新进展。我们从两个一般途径扩展了最先进的技术：首先，我们采取静态的观点，这假设了所谓的平均力吉布斯状态。这种观点通常用于强耦合热力学领域，其中修正的热力学定律和非平衡涨落关系都是基于这种修正状态建立的。其次，我们采用动态观点，该观点源自开放量子系统领域，研究两种范式中的时间渐近稳定状态。我们描述了证明返回平衡的数学范式，即收敛到平均力吉布斯状态，然后讨论了许多微观物理方法，特别是主方程。最后，我们总结了静力学和平衡动力学之间已建立的联系，并提供了大量未解决的问题。这一全面概述将引起量子热力学、开放量子系统、介观物理学、统计物理学和量子光学等更广泛领域的研究人员的兴趣，并将在纳米尺度上的能量交换方面得到应用，从量子化学和生物学到磁学和纳米尺度热管理。
非互易光机械纠缠可减少背向散射损失
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
利用相机进行量子限制压缩光检测
引言：压缩光是一种光学状态，其中一阶正交的涨落被抑制在散粒噪声极限 (SNL) 以下 [1–9]。随着越来越多的光学技术跨越量子领域，压缩光已成为量子光学和量子信息领域的重要资源。压缩态已成功应用于连续变量量子通信协议 [10–12] 和提高光学传感器 [13]（包括引力波探测器 [14]）的性能。基于各种非线性材料，已经开发出许多产生压缩光的方法 [3, 9]。常见的是利用非线性晶体中的参量下转换 [1, 2, 15]，尽管基于偏振自旋效应 [16–20] 和四波混频 [21–25] 的原子源也在研究中。压缩光的检测通常采用以下三种方式之一：直接强度检测或光子计数（仅适用于强度压缩光）、使用相移腔[3]，以及迄今为止这三种方式中最常见的通过用经典本振拍打压缩光场的同差或异差检测。在本信中，我们介绍了一种技术，该技术使我们能够使用 CCD 相机表征位移压缩真空态中的压缩参数，而无需使用相关检测。我们证明压缩量可以从每像素光子统计的一阶和二阶矩推导出来，其精度与同差检测相似。同时，所提出的方法可能特别有利于压缩增强光学成像[26，27]。方法：—我们将强泵浦与压缩真空光混合| ξ ⟩ 在不平衡光束分光器处，反射率 θ << 1，用于泵浦场。泵浦是一个相干
量子场论中非局部自发坍缩的数学形式
量子力学波函数的自发坍缩模型 [1–4] 具有吸引力，因为它们不明确涉及人类知识；与量子力学的多世界方法 [5–7] 一样，这些模型“具体化”了量子波函数，即将其视为物理实体，但与多世界方法不同，它们不会产生将宇宙无限划分为更多不相互作用的子宇宙的哲学难题。 Diosi [8–10] 和 Penrose [11,12] 认为，没有坍缩，我们对时空曲率本身的理解就会崩溃。然而，自发坍缩是一个非幺正过程，这意味着它不能用任何仅引用现有幺正量子理论的模型来描述。那么问题仍然是，是否可以找到与实验相符的标准量子理论非幺正变换的自洽模型。关于自发坍缩的各种提议（例如，除上述提议外，还有参考文献 [13–18]）给出了自发坍缩如何运作的框架，但都涉及了内在随机性，这种随机性可能被视为某些我们未知的底层物理现实的结果，也可能是某些已知物理实体（如重力）的结果，但这些实体在书本上没有得到处理，没有任何明确的机制。相比之下，在之前的一篇文章 [19] 中，我提出了一个模型，将量子力学的随机性完全视为已知物理实体不均匀性导致的涨落的结果。这将自发坍缩带入了物理定律的领域，而不是推测，并允许对该理论进行物理测试。特别是，参考文献 [19] 的模型提出了一种物理机制，通过该机制，费米子的局部本征态会自发坍缩到其两个允许状态之一。该模型具有以下特点：
高能核碰撞中的集体激发——纪念刘联寿教授
集体流由动量空间中最终粒子分布的傅里叶展开的系数定义，对核碰撞的早期阶段很敏感。具体来说，前三个系数分别称为定向流 ( v 1 )、椭圆流 ( v 2 ) 和三角流 ( v 3 )。定向流对介质的状态方程 (EoS) 敏感；椭圆流对介质的自由度、部分子或强子能级和平衡度敏感；三角流对初始几何涨落敏感。在 RHIC-STAR 核碰撞实验中已经实现了一套全面的测量 [ 1 – 9 ]。在高能碰撞（> 20 GeV）中观测到的 vn 的组成夸克数 (NCQ) 标度表明部分子集体已经建立 [ 1 – 3 , 8 , 10 ]。特别地，D 介子也遵循 NCQ 标度 [ 2 , 10 , 11 ]，这表明粲夸克集体与 u 、 d 和 s 夸克处于同一水平；因此，产生的介质达到（接近）平衡。束流能量扫描 (BES) 计划的主要动机是探索 QCD 相图并寻找可能的相边界和临界点。STAR 实验中 BES 计划的第一阶段 (BES-I) 涵盖碰撞能量 √ s NN = 7.7–62.4 GeV。已经观察到许多有趣的现象；在这里，我们重点关注集体流 vn 测量。图 1 总结了 STAR BES-I 的定向、椭圆和三角流相关观测结果。中速附近净重子的 v 1 斜率与碰撞能量的关系被认为是一级相变的可能信号。v 1 斜率的非单调能量依赖性与相变有关，v 1 斜率的最小值称为“最软点坍缩”[12]。在实验中，随着中子
接近平衡分子动力学的热导率
纳米尺度对热传输的影响有望在先进半导体架构的散热中发挥重要作用，并提高新型热电材料的效率。热传输测量通常在宏观尺度上进行，并给出多材料结构（包括各种界面和材料）的整体响应。纳米级材料和界面中热传输的原子计算机模拟有助于分析实验，了解尺寸和时间尺度的限制效应，并评估相关的宏观模型。1 到目前为止，通过分子动力学 (MD) 模拟对原子尺度上的热传输进行建模主要遵循两种方法。第一种方法称为平衡 MD，2 基于在给定温度下平衡的系统中热流波动的量化。最终使用 Green-Kubo 或爱因斯坦涨落关系来提取块体材料的热导率。第二种方法称为非平衡 MD 或直接法 3，其基础是在热源和热沉之间建立稳态热流，并从温度梯度的斜率或不连续性中分别提取热体积电导率或界面电导率。在目前的研究中，我们开发了一种不同的方法，称为 AEMD，即“接近平衡” MD。通过划定一个与其他部分温度不同的加热部分，最初将系统设置为非平衡状态。然后监测接近平衡的情况，即两部分之间的温差随时间的变化。可以证明，对于大多数实际关注情况，温度衰减呈指数增长。通常在几十分之一到几百皮秒内达到平衡，因此，与平衡MD中自相关函数的计算和非平衡MD中稳态热流的建立相比，计算成本大大降低。此外，AEMD方法基于平均
![arXiv:2005.02988v2 [quant-ph] 2021 年 3 月 2 日](/simg/g:\will\search\icon\source\4\4cc08925f549a2abaec4fb8fc0edf404124e5355.webp)
arXiv:2005.02988v2 [quant-ph] 2021 年 3 月 2 日
量子力学最引人注目的特性之一是，量子系统的状态可以表示为不同物理态的相干叠加，即与某些可观测量的实际可测值相对应的特征态。由于这些特征态构成了完全可区分状态的基础，因此这种线性展开的系数也取决于该基础。所有纯量子特性都与量子相干性的存在密切相关，量子相干性在实验中表现为干涉和量子涨落 [1]。人们确实认为，从经典世界到量子世界的转变是由于退相干 [2]。保持量子相干并从而对抗退相干是量子信息处理协议 [6] 面临的最基本挑战之一 [3–5]。近年来，相干性的定量理论取得了一些进展[7–9]，并被应用于量子计量学[10，11]、量子基础[12，13]、量子生物学[14]和量子热力学[15，16]等领域。这种方法也促使人们努力将相干性的量化从量子态扩展到量子操作[17–21]。特别地，一个浮现出来的概念是量子图的相干性生成功率[22–25]，即给定一类量子操作平均可以获得多少相干性。相干性概念本身与量子系统的局部性无关[8]。换言之，定义相干性的基础不一定需要希尔伯特空间的任何底层张量积结构，例如纠缠就是如此。另一方面，由于人们可以访问可观测量，每个现实的量子操作都是局部的[26]。为此，提出了几种考虑子系统结构的方法[27-31]。所采用的基本思想之一是考虑非相干态和操作，同时尊重希尔伯特空间的底层局部结构，从而获得相干性和纠缠之间的各种混合。在本文中，我们提出了可局域相干性的概念，即将相干性存储在特定