通过随机测量实现量子系统的普适性冷却

一般认为,冷却方案的设计需要预先知晓系统能谱信息。但自然界中的冷却过程仅需将系统耦合至冷浴即可实现——自然究竟如何知道如何冷却量子系统?针对这一核心问题,该研究团队通过构建由“计量”量子比特组成的虚拟冷浴给出解答:这些初始化于基态的量子比特与系统发生时序性交互,持续特定时间后即被丢弃。该方案实质上等同于不保留测量结果的量子测量过程。研究人员证明,当系统与计量比特间的相互作用强度及计量比特能级分裂均采用随机选择时,无需任何先验系统信息即可实现量子系统冷却。在足够弱的相互作用强度和足够长的交互时间条件下,旋转波近似成立,确保导致冷却的共振能量交换过程始终压倒升温效应。该工作表明,通过构建与系统结构无关的通用协议,可实现复杂量子系统的稳健且可扩展的冷却。这一发现为远离平衡态的量子物质工程(特别是量子信息处理和量子模拟领域)提供了普适性调控框架。

量科快讯