Published September 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
Experimental verification of the inertial theorem control protocols
Creators
- 1. University of Science and Technology of China
- 2. Hebrew University of Jerusalem
- 3. University of California, Santa Barbara
- 4. Universidade Federal de São Carlos
- 5. Universidade Federal Fluminense
Description
An experiment based on a trapped ytterbium ion validates the inertial theorem for the SU(2) algebra. The qubit is encoded within the hyperfine states of the atom and controlled by RF fields. The inertial theorem generates analytical solutions for non-adiabatically driven systems that are 'accelerated' slowly, bridging the gap between the sudden and adiabatic limits. These solutions are shown to be stable to small deviations, both experimentally and theoretically. By encoding a two-level system into hyperphine structure of a trapped ytterbium, we explore the high control over the system dynamics in order to validate range of applicability of the inertial theorem in our system. For large deviations from the inertial condition, the experimental results show that the phase remains accurate while the amplitude diverges, so the inertial theorem has good robustness in the phase estimate. As a result, we experimentally showed that the inertial solutions pave the way to rapid quantum control of closed, as well as open quantum systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تؤكد تجربة تستند إلى أيون الإيتربيوم المحبوس نظرية القصور الذاتي لجبر SU(2). يتم ترميز الكيوبت داخل الحالات الفائقة الدقة للذرة ويتم التحكم فيه بواسطة حقول التردد اللاسلكي. تولد نظرية القصور الذاتي حلولًا تحليلية للأنظمة غير المؤثرة التي يتم "تسريعها" ببطء، مما يسد الفجوة بين الحدود المفاجئة والكابحة للحرارة. وتظهر هذه الحلول لتكون مستقرة للانحرافات الصغيرة، سواء من الناحية التجريبية والنظرية. من خلال ترميز نظام من مستويين في بنية هايبرفين للإيتربيوم المحاصر، نستكشف التحكم العالي في ديناميكيات النظام من أجل التحقق من مدى قابلية تطبيق نظرية القصور الذاتي في نظامنا. بالنسبة للانحرافات الكبيرة عن حالة القصور الذاتي، تظهر النتائج التجريبية أن الطور يظل دقيقًا بينما تتباعد السعة، وبالتالي فإن نظرية القصور الذاتي لها قوة جيدة في تقدير الطور. ونتيجة لذلك، أظهرنا تجريبياً أن الحلول بالقصور الذاتي تمهد الطريق للتحكم الكمومي السريع في الأنظمة الكمومية المغلقة والمفتوحة.Translated Description (French)
Une expérience basée sur un ion ytterbium piégé valide le théorème inertiel pour l'algèbre SU(2). Le qubit est codé dans les états hyperfins de l'atome et contrôlé par des champs RF. Le théorème inertiel génère des solutions analytiques pour les systèmes non adiabatiques qui sont « accélérés » lentement, comblant l'écart entre les limites soudaine et adiabatique. Ces solutions se sont avérées stables à de petits écarts, à la fois expérimentalement et théoriquement. En codant un système à deux niveaux dans la structure hyperphine d'un ytterbium piégé, nous explorons le contrôle élevé sur la dynamique du système afin de valider la plage d'applicabilité du théorème inertiel dans notre système. Pour les écarts importants par rapport à la condition inertielle, les résultats expérimentaux montrent que la phase reste précise alors que l'amplitude diverge, de sorte que le théorème inertiel a une bonne robustesse dans l'estimation de phase. En conséquence, nous avons montré expérimentalement que les solutions inertielles ouvrent la voie à un contrôle quantique rapide des systèmes quantiques fermés et ouverts.Translated Description (Spanish)
Un experimento basado en un ion iterbio atrapado valida el teorema de inercia para el álgebra SU(2). El qubit está codificado dentro de los estados hiperfinos del átomo y controlado por campos de RF. El teorema de inercia genera soluciones analíticas para sistemas no adiabáticos que se "aceleran" lentamente, cerrando la brecha entre los límites repentinos y adiabáticos. Se demuestra que estas soluciones son estables a pequeñas desviaciones, tanto experimental como teóricamente. Al codificar un sistema de dos niveles en la estructura hiperfina de un iterbio atrapado, exploramos el alto control sobre la dinámica del sistema para validar el rango de aplicabilidad del teorema de inercia en nuestro sistema. Para grandes desviaciones de la condición inercial, los resultados experimentales muestran que la fase permanece precisa mientras que la amplitud diverge, por lo que el teorema inercial tiene una buena robustez en la estimación de fase. Como resultado, mostramos experimentalmente que las soluciones inerciales allanan el camino para un rápido control cuántico de sistemas cuánticos cerrados y abiertos.Files
1903.00404.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:77552231f1226763ea70e401e2566781
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحقق التجريبي من بروتوكولات التحكم في النظرية بالقصور الذاتي
- Translated title (French)
- Vérification expérimentale des protocoles de contrôle du théorème d'inertie
- Translated title (Spanish)
- Verificación experimental de los protocolos de control del teorema de inercia
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3199572951
- DOI
- 10.1088/1367-2630/ac2710
References
- https://openalex.org/W1508413598
- https://openalex.org/W1677237169
- https://openalex.org/W1964814580
- https://openalex.org/W1965664846
- https://openalex.org/W1966533239
- https://openalex.org/W1973787174
- https://openalex.org/W1979308046
- https://openalex.org/W1980086962
- https://openalex.org/W1983170640
- https://openalex.org/W1983624953
- https://openalex.org/W1985601705
- https://openalex.org/W1988801946
- https://openalex.org/W1993101963
- https://openalex.org/W1995672555
- https://openalex.org/W2006098914
- https://openalex.org/W2007473024
- https://openalex.org/W2014586701
- https://openalex.org/W2015775746
- https://openalex.org/W2023696328
- https://openalex.org/W2024860775
- https://openalex.org/W2031828766
- https://openalex.org/W2031862801
- https://openalex.org/W2032839191
- https://openalex.org/W2036795049
- https://openalex.org/W2039713328
- https://openalex.org/W2041432245
- https://openalex.org/W2047606184
- https://openalex.org/W2049736198
- https://openalex.org/W2054647191
- https://openalex.org/W2057285417
- https://openalex.org/W2057357428
- https://openalex.org/W2058698962
- https://openalex.org/W2059023154
- https://openalex.org/W2065212836
- https://openalex.org/W2067763535
- https://openalex.org/W2068709021
- https://openalex.org/W2069893807
- https://openalex.org/W2073136382
- https://openalex.org/W2074117827
- https://openalex.org/W2076112183
- https://openalex.org/W2077168594
- https://openalex.org/W2082566426
- https://openalex.org/W2084385994
- https://openalex.org/W2103282498
- https://openalex.org/W2105614108
- https://openalex.org/W2125164517
- https://openalex.org/W2132699626
- https://openalex.org/W2152983457
- https://openalex.org/W2160959634
- https://openalex.org/W2166978156
- https://openalex.org/W2346806770
- https://openalex.org/W2564229214
- https://openalex.org/W2804937650
- https://openalex.org/W2804990151
- https://openalex.org/W2952749566
- https://openalex.org/W2954385556
- https://openalex.org/W3080906103
- https://openalex.org/W3083241825
- https://openalex.org/W3098571064
- https://openalex.org/W3101633784
- https://openalex.org/W3102283226
- https://openalex.org/W3103349456
- https://openalex.org/W3103869002
- https://openalex.org/W3105839683
- https://openalex.org/W3111886227
- https://openalex.org/W3122671506