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Non-Markovian dynamics in quantum cooling
Philipp Alexander Schüttelkopf
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Marcus Huber
DOI
10.25365/thesis.62900
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16291.57606.683475-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Präparation kalter oder reiner Zustände ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Quantentechnologien und -experimente. Als solches war es das Ziel verschiedener Protokolle, die sich in den zugrunde liegenden Strukturen, Annahmen und Kühlmechanismen unterscheiden. Aufgrund des dritten Hauptsatzes der Thermodynamik ist es jedoch nicht möglich, ohne unendliche Zeit oder Ressourcen auf den absoluten Nullpunkt abzukühlen. In der Praxis ist man in der Regel durch endliche Ressourcen begrenzt, und daher ist das Verständnis der realistischen Grenzen, die man erreichen kann, von größter Bedeutung. Eine solche Einstellung lieferte die Motivation für Refs. [1,2], das die ultimativen Kühlgrenzen in jedem speicherlosen oder Markovschen Rahmen ableitete, in dem aufeinanderfolgende Kühlschritte unabhängig von den vorherigen ablaufen. Hier erweitern wir dieses System, um nicht-Markovsche Effekte im Hinblick auf die Quantenkühlung zu berücksichtigen. Durch die Betrachtung eines physikalisch motivierten, verallgemeinerten und mit Speicher ausgestatteten Kollisionsmodells zeigen wir, dass die Berücksichtigung von Speicherträgern, die das Zielsystem während des gesamten Kühlprozesses begleiten, die Obergrenze der asymptotischen Grundzustandspopulation im Vergleich zum Markovschen Fall exponentiell erhöht [3]. Zusätzlich simulieren wir das optimale Kühlungsprotokoll für verschiedene Speicherstrukturen, wobei wir betonen, dass Speicher auch zu einem signifikanten Vorteil für endliche Zeiten führen kann.
Abstract
(Englisch)
Preparing cold, or pure, states is an essential part of many quantum technologies and experiments. As such, it has been the aim of various protocols, differing in the underlying structures, assumptions and cooling mechanisms. However, due to the third law of thermodynamics, it is not possible to cool to absolute zero without infinite time or resources. In practice, one is typically limited by finite resources, and so understanding the realistic limits achievable is of utmost importance. Such a setting provided the motivation for Refs. [1,2], which derived the ultimate cooling limits in any memoryless, or Markovian, operating paradigm, in which sequential cooling steps operate independently of those previous. Here we extend this paradigm to consider non-Markovian effects on the task of quantum cooling. By considering a physically-motivated generalised collision model endowed with memory, we show that allowing for memory carriers that accompany the target system throughout the cooling process exponentially enhances the upper bound on the asymptotic ground state population compared to Markovian case [3]. Additionally, we simulate the optimal cooling protocol for various memory structures, highlighting that memory can also lead to a significant finite-time advantage.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Non-Markovian dynamics Quantum cooling collision model
Schlagwörter
(Deutsch)
Nicht-Markovsche Effekte Quantenkühlung Kollisionsmodell
Autor*innen
Philipp Alexander Schüttelkopf
Haupttitel (Englisch)
Non-Markovian dynamics in quantum cooling
Paralleltitel (Deutsch)
Nicht-Markovsche Effekte in der Quantenkühlung
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
29 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Marcus Huber
Klassifikation
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
AC Nummer
AC16142830
Utheses ID
55601
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |