摘要我们发现,与1 e = 2 µ b b表示读取或擦除自旋数据的最小能量应与1961年Landauer提出的1 E = K B T Ln(2)表示。使用旋转方向代表一些信息的物理学与在基于经典的基于电荷的数据存储中使用粒子的位置的物理学根本不同:前者是量子动力的(独立于居里点以下的温度),而后者是热力学(依赖温度)。定量,与新信息擦除协议相关的这种新能量估计为1。64×10 - 36 J,比Landauer结合(3×10 - 21 J)低15个数量级,无需成本的角动量和总熵增加。在此新信息擦除协议中,无需将电子从电位的一侧移至另一侧,否则用于保留定义旋转状态的能量仍然需要大于现有的热闪光(Landauer Bound)。我们根据包括Rydberg Atom和Spin-Spin相互作用在内的许多实验来验证我们的新能量结合。
摘要 黑体辐射源是可计算的辐射源,常用于辐射测量、温度传播和遥感。尽管黑体源和辐射计无处不在,但它们的系统结构却非常复杂。我们设想了一种新的、主要的黑体辐射测量方法,即使用可极化量子系统集合(如里德堡原子和双原子分子)进行测量。使用这些精妙的电场传感器进行量子测量可以实现主动反馈、改进设计,并最终降低黑体标准的辐射和热不确定性。便携式、无需校准的里德堡原子物理包还可以补充各种经典辐射探测器和温度计。量子测量和黑体测量的成功融合为黑体物理学提供了一个新的基本范式。
华沙大学量子光学技术中心 华沙,波兰 量子光学器件实验室组长 2020- 主要项目:量子光光谱、量子超分辨率成像和光谱、使用量子存储器的量子通信、里德堡原子和量子非线性光学 哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所 哥本哈根,丹麦 由 ES Polzik 教授领导的 QUANTOP 实验室博士后研究员 2018-2023 主要项目:超相干膜谐振器的机械 Fock 态的生成和原子光机械系统中混合纠缠的建立 ICFO-光子科学研究所 巴塞罗那,西班牙 Morgan W. Mitchell 教授小组的暑期研究员,从事激光相位注入锁定研究 2013 教育
快速扰乱器是动态量子系统,可在随系统规模 N 呈对数增长的时间尺度上产生多体纠缠。我们提出并研究了一类确定性的快速扰乱量子电路,可在近期实验中用中性原子阵列实现。我们表明,三种实验工具——最近邻里德堡相互作用、全局单量子比特旋转和由辅助镊子阵列促进的换位操作——足以生成非局部相互作用图,这些图仅使用 O(log N)个并行最近邻门应用即可扰乱量子信息。这些工具能够以高度可控和可编程的方式直接通过实验访问快速扰乱动力学,并可利用它们来产生具有各种应用的高度纠缠态。
到 20 世纪 80 年代末,人们发现 NO 在哺乳动物系统中发挥着重要作用 [1-3]。1998 年,Murad、Furchgott 和 Ignarro 因他们的发现获得了诺贝尔生理学或医学奖 [4],这最终为广泛的研究领域铺平了道路 [5],涉及对不同类型癌症的研究结果 [6-9] 以及 NO 在炎症等免疫反应中的作用 [10]。1991 年,Gustafsson 等人发现 NO 也是呼出气的一部分 [11],后续研究表明,当出现哮喘、过敏症等疾病时,NO 浓度会发生变化 [12]。呼出气中的 NO 浓度处于低 ppb 水平,指南 [12] 建议,用于呼吸气体分析的传感器必须使用 10 ppb 至 100 ppb 范围内的样本进行校准。考虑到优先使用低气体量,这样的要求具有挑战性。例如,[12] 指出,患者必须以恒定流量呼气 10 秒,才能为现成的传感器获得约 300 毫升的空气量。在医学研究背景下,预计这个量会低得多。我们在 [13] 中展示了基于 NO 的里德伯激发的传感器的概念验证实验,该传感器能够检测到受制备限制的低于 10 ppm 的 NO 浓度,并且可在环境压力下操作。推断的灵敏度已经达到 10 ppb 范围。在该实验中,仅使用了脉冲激光系统。在本文介绍的实验中,仅使用连续波 (cw) 激光系统来激发 NO。由于 cw 系统的线宽,这可确保选择性检测。我们在本研究中的目标是了解传感器应用的后果。因此,我们研究了随着背景气体密度的增加,里德堡线的碰撞偏移和加宽。这使我们能够将我们的结果与
量子力学与技术的结合有许多前景,其中量子计算机可能是最引人注目的一个。尽管有这种说法,量子计算机尚未出现。原因是量子力学和技术存在相互竞争的要求。量子计算机的比特,即量子比特,可以同时具有值 | 0 ⟩ 和 | 1 ⟩,而传统计算机的比特要么是 0,要么是 1。这称为叠加。其次,量子比特是纠缠的,这意味着它们的值是相连的。量子计算机的优势在于纠缠和叠加的结合:所有量子比特同时执行复杂的计算,同时它们也同时具有所有可能的值。这使得量子计算机比传统计算机快得多。量子计算机中的量子比特应该用量子力学对象来实现,并且它们应该能够进行不受干扰的相干演化。换句话说,它们应该是轻的、冷的和孤立的。另一方面,硬件实现要求系统足够大,并与测量设备足够强地耦合。这种冲突非常普遍,来自不同物理学领域的各种解决方案都有不同的提案。例如,量子信息可以编码在分子中电子的各种自旋(NMR 方法)[96]、固态电子的自旋 [53] 或捕获离子的内部状态 [15] 中。但还有更多的提案 [44],包括一些乍一看非常奇特的提案,比如基于二维系统中 N 粒子配置拓扑的量子比特 [75, 8]。本篇论文研究了使用气相里德堡原子的状态作为量子比特的想法,这些原子是处于高度激发态的原子。量子计算机需要涉及多个量子位的运算,特别是 XOR 运算,这需要量子位之间的相互作用。相互作用的里德堡原子系统可以执行此任务,并且具有一些独特的优势:
为了精确地测试物理理论,必须在系统中进行检查,该系统足够简单,以允许精确的理论描述,并且可以高精度地测量。数十年来,氢原子一直被用作测试量子电动力学(QED)系统的系统。由于其简单性,可以使用QED精确计算氢的能级。在实验上,使用激光光谱法精确测量氢中的过渡采石场。通过将实验数据与理论表达进行比较,可以确定两个物理概念,即rydberg常数和原子核的辐射半径,并且可以测试理论本身的有效性。在这项工作中,报告了在氢样离子He +中1s-2s两光子转变的光谱法上的进展。由于他 +具有与氢相同的结构,因此基本上是由同一理论描述的。然而,QED较高的高阶贡献了更大的比例,因为它们在核心充电中具有巨大的能力。通过将1S-2S过渡频率与氦芯的众所周知的电荷半径相结合,可以在不同的系统中首次测量Rydberg常数。该值与从氢光谱获得的值的比较将对QED的普遍性进行严格的测试。这项工作的第一部分涉及离子秋天的结构。目前,氢光谱的准确性受核运动的影响限制。由于其负载,他的 +离子几乎被困在保罗陷阱中,这大大降低了这些影响。大约50个He +离子与一千个激光冷却的Be离子一起被困在一起,可用于交感冷却。在He +离子中刺激1S-2S交叉可以导致三光子电离到2+。一种技术,可以实时和一个个体的一部分来检测这些离子。这被用作光谱法的灵敏和背景检测程序。虽然可以在深层紫外线中进行成熟激光系统的氢光谱法,但有必要刺激1S-2S过渡到He +窄带辐射,波长为60,8 nm。这是在极端紫外线(XUV)中,那里没有永久线激光器。取而代之的是,红外频率梳子的高度密集脉冲在夸张谐振器中的夸张谐振器中转换为XUV。产生的XUV频率梳子的离散时尚可以有效地下雨并实现高光谱分辨率。产生高和谐的频率梳需要特殊的光谱纯度,因此可以在XUV中实现狭窄的时尚。在这项工作的第二部分中,描述了满足此要求的稳定频率梳系统的结构。作为这项工作的一部分,已证明了一项新技术来测量谐振器稳定激光系统的噪声噪声。
量子相变的特征是围绕过渡的关键区域中的通用缩放定律。通过量子千里布尔 - Zurek机制的关键实时动力学也表现出了这种普遍性。在最近的Rydberg原子量子模拟器上的实验中,kibble-Zurek机制已用于探测量子相变的性质。在本文中,我们分析了与此方法相关的警告,并制定了提高其准确性的策略。fo for-我们研究边界条件的效果,端点的位置和一些微小的扭结操作员定义。特别是,我们表明,最直观类型的扭结类型的临界缩放对正确的端点选择非常敏感,而更高级类型的扭结类型表现出非常强大的通用缩放。fur-hoverore,我们表明当在整个链上跟踪扭结时,固定边界条件提高了缩放的准确性。出乎意料的是,无论选择固定边界条件是对称还是反对称的,千里布尔 - Zurek临界缩放率似乎同样准确。最后,我们表明,在长链的中央部分提取的扭结密度遵守所有类型的边界条件的预测通用缩放。
强相互作用模型通常具有比能级一对一映射更微妙的“对偶性”。这些映射可以是不可逆的,正如 Kramers 和 Wannier 的典型例子所表明的那样。我们分析了 XXZ 自旋链和其他三个模型共有的代数结构:每平方梯子上有一个粒子的里德堡阻塞玻色子、三态反铁磁体和两个以之字形耦合的伊辛链。该结构在四个模型之间产生不可逆映射,同时还保证所有模型都是可积的。我们利用来自融合类别的拓扑缺陷和 orbifold 构造的格子版本明确地构建这些映射,并使用它们给出描述其临界区域的明确共形场论配分函数。里德伯阶梯和伊辛阶梯还具有有趣的不可逆对称性,前者中一个对称性的自发破坏会导致不寻常的基态简并。
量子技术是一个快速发展的科学和工业领域 [1]。它们已经在多个不同的平台上得到实现,例如光子电路 [2,3]、里德伯原子 [4]、超导器件 [5] 等。最有前途的量子技术可能是量子计算机,即用于量子计算的量子设备,其中值得一提的是超导电路 [6,7]、离子阱量子计算机 [8,9]、光子芯片 [10,11] 和拓扑量子比特 [12]。学术实验室和工业公司都投入了大量的精力和资金来推动研究和技术改进,朝着所谓的量子霸权 [13] 迈进,即利用量子优势解决传统计算机无法解决的(数值)问题。这些设备的实际缺点是缺乏标准的硬件(甚至软件)架构,研究