量子相干性是量子力学的基本特征之一。量子相干源理论不仅在量子理论中而且在实际应用中都发挥着重要作用[1–4]。量化量子态的相干性是量子相干源理论的核心任务之一。Baumgratz 等人提出了一个严格的框架来量化相干性[5]。该框架规定了良好的相干性测度必须满足几个条件。基于该框架,人们针对固定正交基提出了许多合适的测度[6–13]。相干性相对熵 (REOC) 和相干性 l 1 范数是两个典型的量子相干性测度,已被证明能够满足这些条件[5]。[12] 的作者提出了一种基于 Tsallis 相对 α 熵的相干性测度。作者证明了上述相干性测度满足(C1)的条件,
1 加拿大国家研究委员会,加拿大安大略省渥太华 K1A 0R6 2 多伦多大学物理系,加拿大安大略省多伦多 M5S 1A7 3 瓜达拉哈拉大学物理系,墨西哥哈利斯科州瓜达拉哈拉 44420 4 湖首大学物理系,加拿大安大略省桑德贝 P7B 5E1 5 马克斯普朗克光物理研究所,德国埃尔朗根 91058 6 俄罗斯科学院应用物理研究所,俄罗斯下诺夫哥罗德 603950 7 德克萨斯 A&M 大学量子科学与工程研究所,美国德克萨斯州学院城 77843 8 德克萨斯 A&M 大学物理与天文系,美国德克萨斯州学院城 77843 9 德克萨斯 A&M 大学生物与农业工程系, Texas 77843, USA 10 Departamento de Óptica, Facultad de Física, Universidad Complutense, 28040 马德里, 西班牙 * 通讯作者: lsanchez@fis.ucm.es
摘要背景:肌肉间同步是有效运动表现和日常生活活动的关键方面之一。本研究旨在利用小波分析评估轮椅击剑运动员躯干稳定肌的同步性。方法:评估了左右两组背阔肌/腹外斜肌 (LD/EOA) 肌肉间的肌肉间同步性和拮抗性 EMG-EMG 相干性。研究组由 16 名轮椅击剑运动员组成,他们是波兰残奥会队的成员,分为两类残疾(A 和 B)。数据分析分三个阶段进行:(1) 使用 sEMG 记录肌肉激活;(2) 小波相干性分析;(3) 相干性密度分析。结果:在残奥会轮椅击剑运动员中,无论其残疾类别如何,肌肉都在低频率水平上被激活:A 类击剑运动员为 8-20 Hz,B 类击剑运动员为 5-15 Hz。结论:结果表明,轮椅击剑运动员(包括脊髓损伤运动员)的躯干肌肉活动明显,这可以解释为他们高强度训练的结果。肌电信号处理应用在提高轮椅运动员的表现和诊断方面具有巨大潜力。关键词:小波分析、残疾运动员、脊髓损伤、肌电图、频率水平
上述相干性测度对于解释量子关联也很有用。[2 ] 除了基于纠缠的相干性测度外,[5 ] 这方面的进展还包括通过考虑子系统间量子相干性的分布来解释量子纠缠 [ 12 , 26 ] 和各种不和谐类量子关联 [ 26 – 29 ] 。另一种将量子相干性与量子关联联系起来的途径是考虑状态的受控相干性。[30 – 33 ] 特别是,借助相互无偏基,Mondal 等人。 [31] 引入了二量子比特态的量子相干性非局域优势 (NAQC),随后将其推广到 (d×d) 维态(d 为素数幂),[32] 并表明它表征了一种比纠缠更强的量子关联。对于二量子比特态,还建立了 NAQC 与贝尔非局域性之间的联系。[33]
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]。
我们通过时间域Terahertz(THZ)光谱法解决了将分离的水分子的实时相干旋转运动封装在富勒烯-C 60笼子中的实时旋转运动。我们采用单周期脉冲来激发水的低频旋转运动,并测量水分子电磁波随后的相干发射。在低于〜100 K的温度下,C 60晶格振动阻尼被减轻,并以明显长的旋转一致性清晰地溶解了封闭水的量子动力学,扩展到10 ps以上。观察到的旋转转变与气相中单水分子的低频旋转动力学非常吻合。然而,还观察到一些其他光谱特征,其主要贡献在〜2.26 THz处,这可能表明水旋转与C 60晶格声子之间的相互作用。我们还解决了突然冷却至4 K后水排放模式的实时变化,这意味着在10s小时内将正孔转换为偏水。观察到的隔离水分子限制在C 60中的长相干旋转动力学使该系统成为未来量子技术的有吸引力的候选者。
摘要 我们研究了量子纠错对相干噪声的有效性。相干误差(例如,单位噪声)可以相互干扰,因此在某些情况下,受相干误差影响的量子电路的平均不保真度可能会随着电路大小的增加而二次增加;相反,当误差不相干(例如,去极化噪声)时,平均不保真度在最坏的情况下会随着电路大小线性增加。我们考虑了量子稳定器代码对噪声模型的性能,在该模型中,对每个量子位应用单位旋转,其中所有量子位的旋转轴和旋转角度几乎相同。特别是,我们表明,对于受这种独立相干噪声影响的环面代码和最小权重解码,只要噪声强度与代码距离成反比衰减,纠错后的逻辑通道会随着代码长度的增加而变得越来越不相干。对于弱相关相干噪声,也有类似的结论。我们的方法还可用于分析其他代码和容错协议对相干噪声的性能。然而,我们的结果并未表明,在噪声强度随代码块增长而保持不变的更物理相关情况下,逻辑通道的相干性会受到抑制,并且我们重述了阻止我们将结果扩展到这种情况的困难。尽管如此,我们的工作支持了容错量子计算方案将有效对抗相干噪声的想法,为担心控制误差和与环境的相干相互作用的破坏性影响的量子硬件制造商提供了令人鼓舞的消息。
摘要:本文给出了二能级半导体量子点系统的解析解,讨论了从激发态(α 12 ,α 21 )的光子辐射跃迁和声子无辐射跃迁的速率、纯失相过程的速率(γ)、失谐参数()和拉比频率(),以及原子占据概率(ρ 11 (t)和ρ 22 (t))、原子粒子数反转(ρ z (t))、纯度(PA (t))、冯·诺依曼熵(S (t))和信息熵(H (σ x )、H (σ y )和H (σ z ))。对于α 12 、α 21 、γ 和的一些特殊情况,我们清楚地观察到所有曲线上出现了长寿命量子相干现象。此外,纯度曲线中的衰减现象非常明显,可以通过改变α 12 ,α 21 和γ的值来简单控制。
其中 T 是时间排序算子。虽然 U(t2,t1) 的显式计算极其困难,但显然时间相关哈密顿量引起的动力学将 t1 时的量子态双射映射到 t2 时的量子态,并保持相互的标量积。因此,如果系统最初处于高熵 S>0 的混合态,它将永远保持混合态,且熵完全相同。即使对 H(t) 在时间上的完全理想控制,也无法以这种方式产生相干性。因此,必须考虑开放系统。生成单一状态的标准方法是使感兴趣的系统与冷系统进行热接触。一般来说,这是一个极其缓慢的过程。目标量子态必须是某个给定系统的基态。另外,一般的光泵浦和特别是激光冷却 [1] 都是利用共振泵浦和自发衰变来降低微观系统熵的成熟技术。最近,工程耗散已被认为是在小型 [2-4] 和扩展系统 [5,6] 中产生目标纠缠量子态的一种手段。实验上,已经证明了两个量子比特 [7,8] 和两个捕获的中观铯云 [9] 存在纠缠。在本文中,我们表明,如果涉及中间、高度激发和衰减态,周期性驱动可以使量子系统收敛到相干量子态。关键方面是泵浦脉冲周期与内部过程的时间常数(这里是拉莫尔进动)的可比性。这将我们的提议与已建立的光泵浦协议区分开来。完全无序的初始混合物可以变得几乎相干。最终混合物的熵仅为 S ≈ kB ln2,对应于两种状态的混合。一个吸引人的优点是,一旦关闭驱动,林德布拉衰变就不再重要,系统仅受哈密顿动力学支配。本研究的重点是通过示范性方式展示在周期性激光脉冲作用下小自旋系统中熵的大幅降低。选择该系统的动机是量子点中电子自旋与核自旋相互作用的实验[10-17]。所研究的模型也适用于分子自由基中的电子自旋[18]或分子磁体,见参考文献[19-21]。在有机分子中,自旋浴由有机配体中氢原子核的核自旋决定。
半导体量子点中电子自旋量子比特的相干性主要受到低频噪声的影响。在过去十年中,人们一直致力于通过材料工程来减轻这种噪声,从而大大延长了空闲量子比特的自旋失相时间。然而,人们对自旋操纵过程中环境噪声的作用(决定控制保真度)了解甚少。我们展示了一个电子自旋量子比特,其驱动演化中的相干性受到高频电荷噪声的限制,而不是任何半导体器件固有的准静态噪声。我们采用反馈控制技术来主动抑制后者,证明了砷化镓量子点中 π 翻转门保真度高达 99 . 04 0 . 23%。我们表明,驱动演化的相干性受到 Rabi 频率下的纵向噪声的限制,其频谱类似于同位素纯化硅量子比特中观察到的 1 =f 噪声。