量子多自旋系统的单轴动力学解耦

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微观体系的噪声(Noise in mesoscopic physics),通常它是由于我们关心的系统,如 logical qubit(Two-level system),Bose-Einstein condensate(BEC)物态不可避免地与环境耦合而存在,这种耦合导致系统发生退相干或者耗散。在量子信息研究中,为了保证多次量子门操作的可靠性,我们重点之一就是试图抹除这种效应,为此研究者尝试诸多系统,如固态物理体系(量子点,NV色心等量子自旋系统)、BEC凝聚态体系、超导量子线路方案、拓扑绝缘体的任意子方案、团簇大分子、超冷原子的里德堡态、量子光学体系。本文提出一种在量子噪声环境、经典噪声环境中做单轴动力学解耦(UniaXial dynamical decoupling)的可行性方案。对于量子噪声环境,我们利用量子点体系中的自旋库(spin bath)来模拟它。由于经典计算机做量子模拟能力有限,我们设置自旋库的尺寸N=20;对于经典噪声环境,我们在BEC混合自旋体系中利用经典随机磁场(白噪声,即功率谱相同)来实现。简单介绍现有的动力学调控策略,单轴方案(Hahn echo、CPMG)及流行的双轴方案(PDD、CDD),以及我们新提出的单轴动力学解耦方案Uni-DD,在保证提高相干时间到两个数量级的前提下,对比Hahn echo和PDD来说明这种新方法的优势:相比于Hahn echo(使用同等大的偏置磁场,若无辅助磁场该方案完全失效),Uni-DD明显优于Hahn echo;相比于PDD的双轴调控,Uni-DD也有更好的调控效果,且简化实验在双轴上的操作困难。鉴于Uni-DD调控对于脉冲旋转角度误差的敏感性,我们借鉴CPMG方案,调整脉冲序列中相邻脉冲的方向,可以大幅度提高Uni-DD方案的鲁棒性。我们期待这种新技术可以广泛应用到现有的核磁共振体系,同时推广到不同的量子信息实现方案中。
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