Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Broadband spectroscopy of quantum noise

Published 16 Feb 2024 in quant-ph | (2402.10438v1)

Abstract: Characterizing noise is key to the optimal control of the quantum system it affects. Using a single-qubit probe and appropriate sequences of $\pi$ and non-$\pi$ pulses, we show how one can characterize the noise a quantum bath generates across a wide range of frequencies -- including frequencies below the limit set by the probe's $\mathbb{T}_2$ time. To do so we leverage an exact expression for the dynamics of the probe in the presence of non-$\pi$ pulses, and a general inequality between the symmetric (classical) and anti-symmetric (quantum) components of the noise spectrum generated by a Gaussian bath. Simulation demonstrates the effectiveness of our method.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (31)
  1. J. P. Dowling and G. J. Milburn, Philos. Trans. Royal Soc. 361, 1655 (2003).
  2. J. Preskill, Quantum 2, 79 (2018).
  3. L. M. Norris, D. Lucarelli, V. M. Frey, S. Mavadia, M. J. Biercuk, and L. Viola, Phys. Rev. A 98, 032315 (2018).
  4. A. Vezvaee, N. Shitara, S. Sun, and A. Montoya-Castillo, arXiv:2210.00386  (2022).
  5. T. Chalermpusitarak, B. Tonekaboni, Y. Wang, L. M. Norris, L. Viola, and G. A. Paz-Silva, PRX Quantum 2, 030315 (2021).
  6. W. Dong, G. A. Paz-Silva, and L. Viola, Appl. Phys. Lett. 122, 244001 (2023).
  7. G. A. L. White, C. D. Hill, F. A. Pollock, L. C. L. Hollenberg, and K. Modi, Nat. Commun. 11, 6301 (2020).
  8. P. Wang, C. Chen, and R.-B. Liu, Chin. Phys. Lett. 38, 010301 (2021).
  9. E. Paladino, Y. M. Galperin, G. Falci, and B. L. Altshuler, Rev. Mod. Phys. 86, 361 (2014).
  10. L. M. Norris, G. A. Paz-Silva, and L. Viola, Phys. Rev. Lett. 116, 150503 (2016).
  11. R. Barr, Y. Oda, G. Quiroz, B. D. Clader, and L. M. Norris, Phys. Rev. A 106, 022425 (2022).
  12. G. A. Paz-Silva, L. M. Norris, F. Beaudoin, and L. Viola, Phys. Rev. A 100, 042334 (2019).
  13. F. Sakuldee and Ł. Cywiński, Phys. Rev. A 101, 012314 (2020).
  14. F. Sakuldee and Ł. Cywiński, Phys. Rev. A 101, 042329 (2020).
  15. T. Fink and H. Bluhm, Phys. Rev. Lett. 110, 010403 (2013).
  16. A. Laraoui, F. Dolde, C. Burk, F. Reinhard, J. Wrachtrup, and C. A. Meriles, Nat. Commun. 4, 1651 (2013).
  17. F. A. Pollock, C. Rodríguez-Rosario, T. Frauenheim, M. Paternostro, and K. Modi, Phys. Rev. A 97, 012127 (2018).
  18. R. Kubo, J. Phys. Soc. Jpn. 17, 1100-1120 (1962).
  19. E. L. Hahn, Phys. Rev. 80, 580 (1950).
  20. K. Khodjasteh and D. A. Lidar, Phys. Rev. Lett. 95, 180501 (2005).
  21. K. Khodjasteh and D. A. Lidar, Phys. Rev. A 75, 062310 (2007).
  22. C. Ferrie, C. Granade, G. Paz-Silva, and H. M. Wiseman, New J. Phys. 20, 123005 (2018).
  23. H. B. Callen and T. A. Welton, Phys. Rev. 83, 34 (1951).
  24. R. Kubo, J. Phys. Soc. Jpn. 12, 570-586 (1957).
  25. R. J. Schoelkopf, A. A. Clerk, S. M. Girvin, K. W. Lehnert,  and M. H. Devoret, “Qubits as spectrometers of quantum noise,” in Quantum Noise in Mesoscopic Physics, edited by Y. V. Nazarov (Springer, Dordrecht, 2003), pp. 175–203.
  26. T. Yuge, S. Sasaki, and Y. Hirayama, Phys. Rev. Lett. 107, 170504 (2011).
  27. F. Yan, J. Bylander, S. Gustavsson, F. Yoshihara, K. Harrabi, D. G. Cory, T. P. Orlando, Y. Nakamura, J.-S. Tsai, and W. D. Oliver, Phys. Rev. B 85, 174521 (2012).
  28. W. B. Mims, Phys. Rev. B 5, 2409 (1972).
  29. J. R. Klauder, and P. W. Anderson, Phys. Rev. 125, 912 (1962).
  30. J. Zhang, and M. Sarovar, Phys. Rev. Lett. 113, 080401 (2014).
  31. C. R. Nassar, Telecommunications Demystified (Elsevier, 2013).
Citations (2)

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 0 likes about this paper.