量子计算的一个突出挑战是构建具有出色相干性和可靠的通用控制的量子装置[1 – 3]。为了获得良好的相干性,我们可以选择低耗散的物理系统(例如超导腔[4 – 6]和核自旋[7 – 10]),或者通过主动量子纠错进一步增强相干性[11,12]。当我们通过将中央系统与噪声环境更好地隔离来提高相干性时,处理存储在中央系统中的信息变得更加困难。为了控制几乎孤立的中央系统,我们通常会引入相对容易控制的辅助系统(例如,transmon 量子比特[13 – 15]和电子自旋[8,9]),但辅助系统通常比中央系统遭受更多的退相干,从而限制了辅助量子操作的保真度。因此,开发能够容忍辅助错误的量子控制协议至关重要。对于具有时间或空间相关性的噪声,我们可以使用动态解耦[16 – 18]或无退相干编码[19,20]技术来实现中央系统的抗噪声控制。当噪声没有相关性(例如马尔可夫噪声)时,我们需要主动量子纠错(QEC)来提取熵。对于量子比特系统,抑制辅助误差的一种常用策略是使用横向方法[1,21 – 26],但这可能需要花费大量的硬件开销并且不能提供通用控制[1],因此希望有一种硬件高效的方法来实现对辅助误差的容错操作[27 – 32]。与量子比特系统不同,每个玻色子模式都有一个大的希尔伯特空间,可以使用各种玻色子量子码来编码量子信息,正如最近的实验所证明的那样[11,33 – 35]。然而,没有简单的方法来划分玻色子
来自有或没有错过横向动量(E MISS T)的各种搜索的广泛搜索结果,用于限制一个两higgs-doublet模型(2HDM),并介导了普通和暗物质和暗物质(2HDM+ a)之间的相互作用,并介导相互作用。在2015 - 2018年期间,在大型强子对撞机的Atlas检测器记录的质子 - 质子碰撞数据中,质子 - 普罗顿碰撞数据的分析最多可消耗139 fb 1。三个最敏感搜索的结果是统计上的。这些搜索目标特征是带有巨大的t和lepton腐烂的Z玻孔;大小姐T和Higgs玻色子腐烂到底部的夸克;并分别在最终的夸克和底部夸克的最终状态下产生带电的希格斯玻色子。的约束是针对2HDM+ a中几个常见和新基准的场景得出的。2024科学中国出版社。由Elsevier B.V.和Science China Press出版。这是CC下的开放访问文章(http://creativecommons.org/licenses/4.0/)。
摘要 量子探测是利用简单量子系统与复杂环境相互作用来提取某些环境参数(例如环境温度或其光谱密度)的精确信息的技术。在这里,我们分析了单量子比特探测器在表征热平衡下的欧姆玻色子环境方面的性能。特别是,我们分析了调整探测器与环境之间的相互作用哈密顿量的影响,超越了传统的纯相位失调范式。在弱耦合和短时间范围内,我们以分析方式处理探测器的动力学,而在强耦合和长时间范围内则采用数值模拟。然后,我们评估量子 Fisher 信息以估计截止频率和环境温度。我们的结果提供了明确的证据,表明纯相位失调不是最佳的,除非我们将注意力集中在短时间内。特别是,我们发现了几种工作方式,其中横向相互作用的存在提高了最大可达到的精度,即增加了量子 Fisher 信息。我们还探讨了探针的初始状态和探针特征频率在确定估计精度中的作用,从而为设计优化检测以在量子水平上表征玻色子环境提供定量指导。
暗光子的概念[1–3]已被许多理论物理学家和实验物理学家研究过。通常,暗光子与可见物质的相互作用假设为标准模型(SM) U (1) Y规范群和暗U (1) X规范群之间的阿贝尔动力学混合。由于低能对撞机[4–6]、介子衰变[7–9]、束流倾倒实验[10–12]和高能对撞机[13–18]等不同实验的限制,这种U (1)动力学混合不可能很大。然而,解释可重正化的U (1)动力学混合之小并不明显。在本文中,我们将考虑非阿贝尔动力学混合,以实现另一种可能性,即暗光子来自暗SU (2) X规范群,因此它与物质的耦合不在可重正化的水平上出现[19–21]。在暗 SU (2) X 规范群与 SM SU (2) L × U (1) Y 规范群的非阿贝尔动力学混合下,一个暗规范玻色子变成暗光子,而其他玻色子保持稳定形成暗物质粒子。这一情景预测了暗光子和暗物质的近简并质量谱。
光子学是构建室温下运行的模块化、易于联网的量子计算机的首选平台。然而,到目前为止,还没有提出具体的架构来同时利用编码成光态的量子比特和生成它们的现代工具的优势。在这里,我们提出了一种可扩展容错光子量子计算机的设计,该设计基于理论和技术的最新发展。我们架构的核心是生成和操纵由玻色子量子比特和压缩真空态组成的三维资源状态。该提案利用最先进的程序进行非确定性玻色子量子比特的生成,并结合连续变量量子计算的优势,即使用易于生成的压缩态实现克利福德门。此外,该架构基于二维集成光子芯片,用于在一个时间和两个空间维度上产生量子比特簇状态。通过减少与现有架构相比的实验挑战并实现室温量子计算,我们的设计为可扩展的制造和操作打开了大门,这可能使光子学在通往具有数百万量子比特的量子计算机的道路上超越其他平台。
与世界一流研究相关的效益和影响 CERN 的研究在粒子物理学方面取得了重要进展,包括一系列具有里程碑意义的发现,例如希格斯玻色子——40 多年前假设的粒子物理学标准模型中缺失的最后一块。CERN 取得的其他重大突破包括发现弱中性流(1970 年代)和电弱(W 和 Z)规范玻色子(1980 年代)、测量轻子代数(1990 年代)、观察到粲夸克中的 CP 破坏(2019 年)以及(迄今为止)显示不存在超对称性的零结果。这些进步支持了进一步的科学进步,并有可能在长期内产生非常重大的、更广泛的社会影响。英国科学家也在此研究的基础上支持他们的进一步进步和成就。仅在过去 10 年中,就有超过 20,000 篇英国科学论文引用了 CERN 文章,其中包括许多英国最具影响力的物理学论文(其中 25% 的英国论文是全球范围内其领域内被引用次数最多的 10%)。
列出了一些搜索标准模型玻色子的超对称伙伴的电动伴侣和带电的瘦素的搜索结果的组合。所有搜索都使用Proton-Proton碰撞数据√s= S = 13 TEV在2016 - 2018年在LHC处记录的CMS检测器。分析的数据对应于高达137 fb -1的集成光度。结果是用简化的超对称模型来解释的。使用这种组合添加了两种新解释:与Bino作为最轻的超对称粒子的模型频谱,以及质量分类的希格斯诺诺斯(Higgsinos)衰减到Bino和标准模型玻色子,以及先前研究的Slepton对生产模型的压缩 - 光谱区域。采用了改进的分析技术来优化Wino和Slepton对生产模型中压缩光谱的敏感性。结果与标准模型的期望一致。组合提供了模型参数空间的更全面的覆盖范围,而不是分裂搜索,将排除量最多扩大了125 GEV,并且针对质量覆盖范围中的一些中间差距。
超对称是玻色子和费米子之间的一种理论对称,它为标准模型中的一些问题提供了令人满意的解决方案。目前还没有实验表明它的存在。超对称量子力学 (SUSY QM) 最初是在破缺超对称的背景下研究的,作为量子场论测试方法的环境。SUSY QM 很快成为一个独立的研究领域,除了测试超对称破缺之外,还发现了它的几种应用。本文介绍了超对称量子力学。推导了主要公式,并讨论了作为玻色子-费米子对称的数学形式主义的解释。研究了上述两个应用,即形状不变势和准可解系统。研究发现,SUSY QM 提供了一种对势进行分类和求解的简洁方法,势是一种与形状不变性相关的属性。两个已知的可解势被证明是形状不变的。此外,还展示了如何使用 SUSY QM 来解决和寻找新的准可解势。最后,以这两个应用作为激励示例,论证了研究超对称量子力学的动机。
列出了一些搜索标准模型玻色子的超对称伙伴的电动伴侣和带电的瘦素的搜索结果的组合。所有搜索都使用质子 - 普罗顿碰撞数据在2016年至2018年在LHC上记录的CMS检测器记录的proton-proton碰撞数据。分析的数据对应于高达137 fb -1的集成光度。结果是用简化的超对称模型来解释的。使用这种组合添加了两种新解释:与Bino作为最轻的超对称粒子的模型频谱,以及质量分类的希格斯诺诺斯(Higgsinos)衰减到Bino和标准模型玻色子,以及先前研究的Slepton对生产模型的压缩 - 光谱区域。采用了改进的分析技术来优化Wino和Slepton对生产模型中压缩光谱的灵敏度。结果与标准模型的期望一致。组合比单个搜索提供了模型参数空间的更全面的覆盖范围,将排除量最多扩大了125 GEV,并且针对质量覆盖范围中的一些中间差距。
复合费用理论提供了一个简单且统一的图片,以了解量子厅制度中的大量现象学。然而,在单个Landau级别中正确提出这一概念仍然充满挑战,这在强磁场的极限下提供了相关的自由度。最近,在Landau级填充因子ν= 1的玻色子的低能量非交通局部理论已由Dong和Senthil [Z. Dong和T. Senthil,物理。修订版b 102,205126(2020)]。在长波长和小振幅量规的极限中,他们发现它减少了复合效率液体的著名的Halperin-Lee阅读理论。在这项工作中,我们考虑了总填充因子ν=1。与以前的工作不同,可以通过更改玻色子的填充因子来调节混合物中复合费米的数量密度,νB= 1 -νf。这种可调节性使我们能够研究稀数极限νb≪1,从而可以对能量分散剂和复合费米子的有效质量进行受控且渐近的精确计算。此外,通过合理的场理论对低能量描述的近似显然是合理的。最重要的是,我们证明,由于存在复合玻色子冷凝物,量规的弹性获得了希格斯的质量,因此该系统的行为就像真正的landau-fermi液体。与稀有极限中的四边形相互作用无关,我们能够获得该复合费米子费米液体的渐近确切特性。在νf ≪1的相对极限中,希格斯质量为零,随着温度升高,我们发现费米液体和非芬米液体之间的交叉。在实验或数值上观察这些特性不仅提供了不仅是复合费米子及其形成的费米表面的明确证据,而且还提供了由于强相关性而引起的新出现的量规场及其爆发。