暗态的可调安德森局域化

2021/10/14

安德森局域化是指无序引起的随机散射可以指数地抑制电子、光子、声子等的传输。当多个量子比特耦合到同一个波导时,等效于光子为媒介的无穷程耦合(infinite-range interaction),进而可以研究展示波导量子电动力学系统、原子镜、拓扑波导等。

近日,来自德国KIT的研究人员,如下图a中所示,在一个波导和8个可调量子比特构成的系统中,通过调量子比特频率,控制比特频率的无序,观察到了暗态模式附近传输系数的指数抑制,再根据传输系数与等效局域化长度的关系,得到了安德森局域化长度随系统无序状态的变化。当量子比特频率根据高斯分布随机选择时,其标准差与比特辐射衰减速率之比即为无序强度。测量得到波导的传输系数在一些频率上存在一个极大峰值,这些峰对应的就是亚辐射的暗态模式。当系统中比特数越多,通过多次随机比特频率,对传输系数进行平均而得的等效局域化长度就越接近安德森局域化长度。如图中b和c所示,随着无序强度w增大,由于安德森局域化,等效局域化长度的峰值逐渐变小,呈现出幂次形式减小的规律,但由于比特数有限及非辐射衰减等效应的影响,实验和理论结果幂次系数存在一定差别。


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在这种波导量子电动力学系统中,系统的无序强度可以原位精确控制,不仅适合于研究该工作中显示的安德森局域化问题,还可以用于研究各种多体局域化问题等。


论文信息:https://arxiv.org/abs/2105.11729