绝热捷径 (STA) 是快速获得系统控制参数缓慢绝热变化的最终结果的途径。捷径由一组适用于不同系统和条件的分析和数值方法设计而成。将 STA 方法应用于量子系统的动机是在比退相干时间更短的时间尺度上操纵它们。因此,绝热捷径已成为原子、分子和固态物理学中准备和驱动内部和运动状态的工具。应用范围从基于门或模拟范式的信息传输和处理到干涉测量和计量学。控制参数的多重 STA 路径可用于增强对噪声和扰动的鲁棒性或优化相关变量。由于绝热是一种普遍存在的现象,STA 方法也从量子世界扩展到光学设备、经典机械系统和统计物理学。绝热捷径与其他概念和技术(尤其是最优控制理论)完美结合,并提出了一些基本的科学和工程问题,例如找到速度极限、量化第三定律或确定过程能量成本和效率。本文回顾了绝热捷径的概念、方法和应用,并概述了其良好的前景以及未来尚未解决的问题和挑战。
量子绝热定理是时间相关量子系统的基础,但能够定量表征多体系统中的绝热演化却是一项挑战。这项工作表明,使用适当的状态和粒子密度度量是一种可行的方法,可以定量确定量子多体系统动态中的绝热程度。该方法还适用于有限温度下的系统,这对于量子技术和量子热力学相关协议非常重要。通过与将量子绝热标准扩展到有限温度所获得的结果进行比较,讨论了考虑记忆效应的重要性:结果表明,这可能会产生构造上为准马尔可夫的错误读数。由于所提出的方法可以通过仅跟踪系统局部粒子密度来表征绝热演化的程度,因此它可能适用于非常大的多体系统的理论计算和实验。
量子绝热定理是时间相关量子系统的基础,但能够定量表征多体系统中的绝热演化却是一项挑战。这项工作表明,使用适当的状态和粒子密度度量是一种可行的方法,可以定量确定量子多体系统动态中的绝热程度。该方法还适用于有限温度下的系统,这对于量子技术和量子热力学相关协议非常重要。通过与将量子绝热标准扩展到有限温度所获得的结果进行比较,讨论了考虑记忆效应的重要性:结果表明,这可能会产生构造上为准马尔可夫的错误读数。由于所提出的方法可以通过仅跟踪系统局部粒子密度来表征绝热演化的程度,因此它可能适用于非常大的多体系统的理论计算和实验。
我们想要强调的是,只有当压缩和膨胀冲程以绝热方式进行时,才能获得上述循环在功输出和效率方面的最高性能,正如所述。然而,只有当 λ t 变化非常缓慢时才能满足这一条件,而这反过来会导致发动机的功率输出因循环时间过长而消失。本文的一个主要目标是通过引入 STA 方案来提出一种克服这一困难的方法,以便人们可以在有限的时间内模拟工质的绝热动力学,从而产生有限的功率。此外,我们还将考虑在系统上不施加任何控制的有限时间驱动,这将导致能级之间的非绝热激发,从而导致工质功输出的不可逆损失。
量子计量领域有可能大幅提高从标准量子极限到海森堡极限的测量精度。这些技术依赖于创建纠缠量子态的能力,并通过干涉法利用它们进行高精度测量。可以采用各种不同的技术来利用各种纠缠态的计量应用 [ 1 – 5 ] 。创建这些在计量上有用的状态通常是一项艰巨的任务。一种有前途的方法是绝热态制备,其中系统从一个简单的哈密顿量开始,该哈密顿量具有易于生成的产物态作为其基态,然后通过缓慢改变外部参数绝热演化到复杂哈密顿量的纠缠基态。挑战在于,与相关的最小能隙相比,绝热态制备必须缓慢进行,以减少演化过程中不必要的绝热激发。对于热力学极限中间隙消失的系统,有限系统的最小间隙通常与系统大小成反比,这使得绝热态准备对于较大的系统尤其困难。当前的量子模拟器无法使系统演化足够长的时间来完全执行此过程,因为它们受到退相干和技术噪声的限制。这种演化时间短的限制不可避免地会产生非绝热激发,这种激发可能非常显著,并会严重影响目标纠缠态的保真度。挑战在于在长时间尺度上进入的退相干误差和在短时间尺度上进入的非绝热激发之间找到平衡。该问题的一个潜在解决方案是绝热的捷径——系统以非绝热方式演化,以便在演化结束时进入纠缠基态。这些技术减少了总状态准备时间,这使得它们在处理退相干效应时具有吸引力。最近,该领域出现了许多理论突破 [ 6 – 8 ] 。一种基于向汉密尔顿量添加反非绝热场的技术可以保证系统演化到正确的纠缠基态。它通过在汉密尔顿量中添加一个辅助项来实现这一点,该辅助项旨在精确抵消将要发生的激发,确保系统始终保持在瞬时基态。该项的强度
拓扑泵在物理学上引起了极大的关注。但是,满足绝热性的缓慢进化速度的要求极大地限制了它们在片上设备中的应用。在这里,我们发现了绝热性与量子度量之间的直接联系,这是量子几何形状的实际部分,与浆果曲率相比,量子几何形状相对较小。我们证明,可以通过将远程耦合引入著名的稻米模型来减少量子指标,从而增加非平凡边缘状态之间拓扑泵的演化速度。这种快速的拓扑泵可以在不影响散装状态进化的情况下发生,这挑战了共同的理解。我们通过使用由在电信波长下运行的双层集成硅波导组成的平台通过实验确认我们的发现。我们的工作提供了从缓慢进化的限制中提升拓扑泵的可能性,并为紧凑的光子整合铺平了道路。
通过改变横截面积、周期性和填充因子,我们可以对可能的晶胞进行网格搜索。在图 S.1B 中,我们绘制了正文中腔 C 1 的镜像晶胞的完整准 TE 能带图。为了使发射器耦合到腔体,有必要移动能带,使得导模存在于目标频率。这可以通过修改晶胞的周期性来实现,同时保持所有其他参数不变。如图 S.1C 所示,降低孔的周期性会将准 TE 模式移至更高的频率。腔体孔的数量和从镜像区域到腔体的啁啾的函数形式决定了引入的缺陷模式的绝热性。我们使用二次啁啾函数,其中腔体区域中给定晶胞的周期性由下式给出
B部分B. CV摘要Xi Chen博士自2001年以来作为上海大学的博士生,从2001年开始对中镜运输的最早研究。当时的重点是延迟时间,鹅汉宁(GH)效应。由于Ac-Response和TimeScales之间存在联系,正如Buttiker所指出的那样,他的作品肯定会触及各种时间尺度在半导体屏障中扮演的重要主题。后来,沿着这条研究线,作为上海大学的讲师和副教授,他发现了许多有趣的电子光学现象,例如Bragg,例如反射,零平均波浪数差距和石墨烯中的电子波导。更重要的是,哈佛大学的C. M. Marcus小组已经进行了电子波导,以实现石墨烯中的电子纤维。的确,光学类似物可以深入了解原子光学或复杂的冷凝物质系统中的某些现象。凭借他的贡献,他在《光学杂志》和书籍章节中发表了一篇评论文章。获得了Juan de la Cierva奖学金,他进入了西班牙UPV-ehu的J. Gonzalo Muga教授。他首先基于基于谐波陷阱扩展和两个或三个层原子的状态制备的新冷却方法。在他在毕尔巴鄂的逗留期间,他非常成功。他已经发展了绝热性的新兴领域。在G. labeyrie,O。Morsch,D。Suter的G. labeyrie组中实现了几个结果,并扩展到其他领域。他已经发表了1个自然通讯和6封物理审查的信。Xi Chen博士在量子光学和量子控制方面具有专业知识。他是完整的教授,并自2013年以来带领一群人在上海。最近,他被授予Ramon Y Cajal奖学金,自2019年以来在西班牙UPV/Ehu的Qutis工作。他正在使用IBM和D-Wave量子退火器在量子计算上开发,请参见有关Arxiv的最新论文:1906.10074,1906.08140,1904.05808,1904.05803。他专注于将快捷方式应用于绝热性,以加快绝热量子模拟和计算的速度,并通过合并开始
马约拉纳态的编织展示了它们的非阿贝尔交换统计数据。编织的一种实现方式需要控制三结器件中所有马约拉纳态之间的成对耦合。要具有绝热性,三结器件需要所需的对耦合足够大并且不需要的耦合消失。在这项工作中,我们设计并模拟了二维电子气中的三结器件,重点关注连接三个马约拉纳态的正常区域。我们使用优化方法在多维电压空间中找到器件的工作状态。利用优化结果,我们通过绝热耦合不同的马约拉纳态对而不关闭拓扑间隙来模拟编织实验。然后,我们评估了在不同形状和无序强度下在三结器件中进行编织的可行性。
量子近似优化算法(QAOA)已被证明是一种有效的经典量词算法,从解决组合优化问题到找到多体量子系统的基础状态。由于QAOA是ANSATZ依赖性算法,因此总是需要设计ANSATZ以更好地优化。为此,我们提出了通过使用捷径为绝热性来增强QAOA的数字化版本。特别是,我们使用反磨蚀(CD)驾驶术语来设计更好的Ansatz,以及Hamiltonian和混合术语,从而增强全球性能。 我们将数字化 - 纯化的QAOA应用于Ising模型,经典优化问题和P -Spin模型,这表明在我们研究的所有情况下,它都胜过标准的QAOA。特别是,我们使用反磨蚀(CD)驾驶术语来设计更好的Ansatz,以及Hamiltonian和混合术语,从而增强全球性能。我们将数字化 - 纯化的QAOA应用于Ising模型,经典优化问题和P -Spin模型,这表明在我们研究的所有情况下,它都胜过标准的QAOA。