Dynamics of hybrid quantum systems  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
120975
Type PD
Principal investigator Kálmán, Orsolya
Title in Hungarian Hibrid kvantumrendszerek dinamikája
Title in English Dynamics of hybrid quantum systems
Keywords in Hungarian ultrahideg atomok, Bose-Einstein kondenzátum, magneto-mechanikai csatolás
Keywords in English ultracold atoms, Bose-Einstein condensate, magneto-mechanical coupling
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Quantum mechanics
Panel Physics
Department or equivalent Quantum Optics and Quantum Informatics Department (Wigner Research Centre for Physics)
Starting date 2016-10-01
Closing date 2019-09-30
Funding (in million HUF) 15.087
FTE (full time equivalent) 2.10
state running project





 

Final report

 
Results in Hungarian
A kölcsönható kvantumos objektumokból álló hibrid kvantumrendszerek számos feladat elvégzésére lehetnek alkalmasak, ha kontrollálni tudjuk az egyes részeket, a köztük lévő csatolást, valamint be tudjuk állítani a kezdőállapotot és mérni a kimenetet. Két fő felhasználási területük a kvantumos érzékelés és a kvantumos információ-feldolgozás. Ebben a projektben ecélból vizsgáltunk konkrét hibrid rendszereket, valamint tanulmányoztuk a valószínűségi kvantumos időfejlődés absztrakt leírását. Megmutattuk, hogy egy ultrahideg atomi felhő és egy mikrohullámú rezonátor hibrid rendszerében gyenge, akár egyfotonos terek is érzékelhetők azáltal, hogy megszámoljuk a felhőből kieső atomokat, amelyek a rezonátor terével való kölcsönhatás miatt a csapdázott állapotukból nem csapdázott állapotba kerülnek. Egy optikai csapdából és a vele kölcsönható két kétnívós atomból álló rendszerben megmutattuk, hogy valószínűségi időfejlődés során (a rendszer két részét megmérve, a harmadikat pedig csak egy bizonyos mérési eredmény esetén megtartva) a kezdeti állapot nemlineáris módon transzformálódik. A sémát iteratívan alkalmazva nagyon közeli állapotokat is ortogonálisakká tehetünk. Kitaláltunk egy olyan protokollt, amellyel egy ismeretlen kvantumállapotról eldönthető, hogy elég közel van-e egy referencia-állapothoz. Nemlineáris protokollok zajtűrő képességét is vizsgáltuk. Közreműködtünk egy valószínűségi nemlineáris protokoll első, fotonikus elrendezésen alapuló kísérleti megvalósításában.
Results in English
Hybrid quantum systems based on interacting quantum objects may have important applications if one can control the subsystems, the coupling, set the initial state, and measure parts of the output. Two of the major applications of such systems are quantum sensing and quantum information processing. In this project, for these purposes, we studied specific hybrid quantum systems as well as a more abstract description of probabilistic quantum evolution, where the physical realization of the constituents is not specified. We showed that in the hybrid system of an ultracold atomic cloud and a microwave resonator weak microwave fields at the single-photon level can be sensed by counting the atoms that fall out of the cloud after undergoing a transition from the trapped state into an untrapped one due to the interaction with the magnetic field of the resonator. We studied the system of two two-level atoms interacting with an optical cavity and showed that by probabilistic evolution (measuring parts of the system and keeping the remaining part only if a given result was obtained) a nonlinear transformation of the initial state occurs. Iterative application of this scheme can transform very similar states into orthogonal ones. We designed a protocol to decide if a quantum state is close enough to a reference state. We also analyzed the noise tolerance of nonlinear protocols. We collaborated on the first photonic experimental realization of a probabilistic nonlinear protocol.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=120975
Decision
Yes





 

List of publications

 
Kálmán O, Kiss T: Quantum state matching of qubits via measurement-induced nonlinear transformations, PHYS REV A 97: (3) Paper 032125. 10 p., 2018
Kálmán O, Kiss T, Jex I: Sensitivity to initial noise in measurement-induced nonlinear quantum dynamics, Journal of Russian Laser Research 39 (4): 382–388, 2018
Pyshkin PV, Gábris A, Kálmán O, Jex I, Kiss T: Quantum state identification of qutrits via a nonlinear protocol, Journal of Russian Laser Research 39 (5): 456-464, 2018
Malachov M, Jex I, Kálmán O, Kiss T: Phase Transition in Iterated Quantum Protocols for Noisy Inputs, Chaos 29, 033107, 2019
Zhu G, Kálmán O, Wang K, Xiao L, Qu D, Zhan X, Bian Z, Kiss T, Xue P: Experimental orthogonalization of highly overlapping quantum states with single photons, arXiv:1910.10377 (accepted for publication by Phys. Rev. A), 2019
Kálmán O, Domokos P: Sensing microwave photons with a Bose-Einstein condensate, arXiv:1811.09459, 2018
Torres JM, Bernád JZ, Alber G, Kálmán O, Kiss T: Measurement-induced chaos and quantum state discrimination in an iterated Tavis-Cummings scheme, PHYS REV A 95: (2) , 2017
Kálmán O, Kiss T: Quantum state matching of qubits via measurement-induced nonlinear transformations, PHYS REV A 97: (3) Paper 032125. 10 p., 2018
Kálmán O, Kiss T, Jex I: Sensitivity to initial noise in measurement-induced nonlinear quantum dynamics, Journal of Russian Laser Research, 2018
Pyshkin PV, Gábris A, Kálmán O, Jex I, Kiss T: Quantum state identification of qutrits via a nonlinear protocol, arXiv:1808.10360, 2018
Malachov M, Jex I, Kálmán O, Kiss T: Phase Transition in Iterated Quantum Protocols for Noisy Inputs, arXiv:1809.00140, 2018
Kálmán O, Kiss T: Measurement-induced nonlinear dynamics in quantum protocols, Kvantumelektronika 2018, VIII. Szimpózium a hazai kvantumelektronikai kutatások eredményeiről (szerk. P. Ádám, G. Almási, M.I. Mechler), E-4 (2018), ISBN 978-963-429-250, 2018
Pyshkin PV, Kálmán O, Kiss T: Quantum state discrimination of three-level systems via a nonlinear protocol, Kvantumelektronika 2018 VIII. Szimpózium a hazai kvantumelektronikai kutatások eredményeiről (szerk. P. Ádám, G. Almási, M.I. Mechler), ISBN 978-963-429-250-0, 2018
Torres JM, Bernád JZ, Alber G, Kálmán O, Kiss T: Measurement-induced chaos and quantum state discrimination in an iterated Tavis-Cummings scheme, PHYS REV A 95: (2), 2017




Back »