量子比特的相干测量如何操控其量子环境
量子物理
2024-07-18 v2
摘要
重复的拉姆齐干涉测量（RIMs）常用于测量量子比特的相干性，其假设每次测量后环境不受影响，且所有测量结果独立同分布（i.i.d.）。虽然这一假设对经典环境成立，但由于量子比特对环境存在不可忽略的反作用，它对量子环境可能不成立。本文提出了一个通用理论框架，将量子比特对环境的测量反作用纳入序列RIMs中。我们证明，对量子比特进行一次RIM会在量子环境上诱导出一个量子信道，而序列RIMs会逐渐将量子环境操控到该信道的不动点。我们揭示了三种不同的环境操控效应——极化、退极化和亚稳态极化，它们取决于噪声算符与自由环境哈密顿量的对易性：（1）若与对易，即，则随着重复RIM次数的增加，量子环境逐渐极化到的不同本征态；（2）当时，量子环境逐渐退极化到其整个希尔伯特空间或某个希尔伯特子空间的最大混合态；（3）当但与中一个是另一个的小扰动时，可能发生亚稳态极化，即量子环境先在有限的范围内极化，但随着进一步增加而逐渐退极化。环境操控还使得序列RIM的测量统计呈现非独立同分布特征，对于小量子环境，测量结果分布可能出现多个峰值，对应量子信道的不同不动点。
引用
@article{arxiv.2404.06053,
title = {How coherence measurements of a qubit steer its quantum environment},
author = {Chu-Dan Qiu and Yuan-De Jin and Jun-Xiang Zhang and Gang-Qin Liu and Wen-Long Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.06053},
year = {2024}
}