可编程超辐射:相互作用的量子比特阵列
当多个量子发射体耦合到共同的电磁环境时,其集体辐射动力学中的干涉会产生超辐射和亚辐射现象。在相干相互作用与集体耗散相互竞争的机制下,构成超辐射和亚辐射基础的发射体微观多体动力学及量子关联在理论上具有挑战性,且在实验上仍难以捉摸——尽管集体辐射已在许多物理系统中被观测到。本文中,我们实现了一个超导量子比特阵列,该阵列耦合到一条共同的微波波导,通过波导介导集体耗散,同时能够对相干相互作用和多体动力学进行微观测量。通过可调振幅和相位的工程化量子比特-波导耦合,我们得以控制集体干涉及其产生的超辐射和亚辐射态。借助位点分辨的控制与读出能力,我们直接观测了不同激发能级下多量子比特态的微观衰变动力学,并追踪了布居数及可调量子关联的演化。我们揭示了超越理想Dicke模型的集体衰变机制:在强量子比特-量子比特相互作用下,超辐射和亚辐射得以抵抗局域退相干而保持稳定,并通过空间和光谱结构化的多体本征态重塑衰变路径。我们的研究结果为探索多体量子光学中的集体现象以及基于驱动-耗散方法的鲁棒量子信息处理建立了一个灵活的平台。
量科快讯
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