Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata

Hasonló dokumentumok
Matematika (mesterképzés)

Összefonódottság detektálása tanúoperátorokkal

Kvantummechanika gyakorlat Beadandó feladatsor Határid : 4. heti gyakorlatok eleje

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

GROVER-algoritmus. Sinkovicz Péter. ELTE, MSc II dec.15.

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Kvantum összefonódás és erősen korrelált rendszerek

Lagrange és Hamilton mechanika

1. feladatsor Komplex számok

Diszkrét Matematika. zöld könyv ): XIII. fejezet: 1583, 1587, 1588, 1590, Matematikai feladatgyűjtemény II. (

2015/16/1 Kvantummechanika B 2.ZH

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Kvantum marginális probléma és összefonódási politópok

Fluktuáló terű transzverz Ising-lánc dinamikája

Az impulzusnyomatékok általános elmélete

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Két 1/2-es spinből álló rendszer teljes spinje (spinek összeadása)

Steven Weinberg: Mi történik egy kvantummechanikai mérés során?

1 A kvantummechanika posztulátumai

0,424 0,576. f) P (X 2 = 3) g) P (X 3 = 1) h) P (X 4 = 1 vagy 2 X 2 = 2) i) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2 X 0 = 2) j) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2)

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

Határozatlansági relációk származtatása az

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 12. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április / 35

Sajátértékek és sajátvektorok. mf1n1a06- mf1n2a06 Csabai István

Kronecker-modulusok kombinatorikája és alkalmazások

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

Riemanngeometria 1 c. gyakorlat A Riemann-terekkel kapcsolatos fogalmak, jelölések

Wigner tétele kvantummechanikai szimmetriákról

Szinguláris érték felbontás Singular Value Decomposition

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

A spin. November 28, 2006

Miért fontos számunkra az előző gyakorlaton tárgyalt lineáris algebrai ismeretek

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

1. Az euklideszi terek geometriája

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Saj at ert ek-probl em ak febru ar 26.

Szubkonvex becslések automorf L-függvényekre

Mátrixfüggvények. Wettl Ferenc április 28. Wettl Ferenc Mátrixfüggvények április / 22

Atomok és molekulák elektronszerkezete

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

Lineáris algebra mérnököknek

Bell-kísérlet. Máté Mihály, Fizikus MSc I. ELTE. Eötvös Loránd Tudományegyetem. Modern zikai kísérletek szemináriuma, 2016.

1. Bázistranszformáció

Foton-visszhang alapú optikai kvantum-memóriák: koherens kontroll optikailag sűrű közegben

Csoportreprezentációk az

Lineáris leképezések. Wettl Ferenc március 9. Wettl Ferenc Lineáris leképezések március 9. 1 / 31

Geometriai fázisfaktorok alkalmazása a kvantumszámításban TDK-dolgozat 2005

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Az összefonódás elemi tárgyalása Benedict Mihály

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

MM CSOPORTELMÉLET GYAKORLAT ( )

A klasszikus mechanika matematikai módszerei

A KroneckerCapelli-tételb l következik, hogy egy Bx = 0 homogén lineáris egyenletrendszernek

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

SZAKDOLGOZAT. Betekintés a kvantum-információelméletbe. Bergmann Júlia. Témavezet :

1. Sajátérték és sajátvektor

Mátrixok 2017 Mátrixok

Alkalmazott algebra - SVD

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Markov-láncok stacionárius eloszlása

Skalárszorzat, norma, szög, távolság. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ 2005.

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Geometria II gyakorlatok

Ortogonalizáció. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Ortogonalizáció / 41

Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik.

Csoporthatások. 1 Alapfogalmak 1 ALAPFOGALMAK. G csoport hatása az X halmazon egy olyan µ: G X X leképezés, amelyre teljesül

Végeselem modellezés alapjai 1. óra

Gráfelmélet/Diszkrét Matematika MSc hallgatók számára. 13. Előadás

Principal Component Analysis

Alkalmazott spektroszkópia

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

Analízis. 1. fejezet Normált-, Banach- és Hilbert-terek. 1. Definíció. (K n,, ) vektortér, ha X, Y, Z K n és a, b K esetén

Diszkrét matematika gyakorlat 1. ZH október 10. α csoport

1. Mit jelent az, hogy egy W R n részhalmaz altér?

Verhóczki László. Riemann-geometria. el adásjegyzet. ELTE TTK Matematikai Intézet Geometriai Tanszék

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Fizikus Vándorgyűlés 2016 Szeged, augusztus 26.

3. előadás Stabilitás

Szilárdtestek elektronszerkezete feladatok

1. Relativisztikus kvantummechanika

Diszkrét Matematika II.

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Alkalmazott algebra - skalárszorzat

MATEMATIKAI PROBLÉMAMEGOLDÓ GYAKORLAT

Optimalizálás alapfeladata Legmeredekebb lejtő Lagrange függvény Log-barrier módszer Büntetőfüggvény módszer 2017/

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

Forgó molekulák áthaladása apertúrán

Önadjungált és lényegében önadjungált operátorok

Mátrix-exponens, Laplace transzformáció

Permutációk véges halmazon (el adásvázlat, február 12.)

Shor kvantum-algoritmusa diszkrét logaritmusra

Kvantum kontrol frekvencia csörpölt lézer indukált kónikus keresztez désekkel

Testek. 16. Legyen z = 3 + 4i, w = 3 + i. Végezzük el az alábbi. a) (2 4), Z 5, b) (1, 0, 0, 1, 1) (1, 1, 1, 1, 0), Z 5 2.

7. gyakorlat megoldásai

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

January 16, ψ( r, t) ψ( r, t) = 1 (1) ( ψ ( r,

Átírás:

Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Bucz Gábor Témavezet : Dr. Fehér László Dr. Lévay Péter Szeged, 2015.04.23. Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 1 / 27

Tartalom Motiváció - Holonómia Tiszta és kevert állapotok geometriája Két qubit problémakör Saját munka Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 2 / 27

Holonómia Csigalépcs n mozgás Macska esése Autó parkolása Mennyiségek parallel transzlációja Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 3 / 27

Két részrendszeres összefonódás Állapotok kifejtése Ψ = N α=1 M a=1 W aα a α H 1 H 2, dim H 1 = N, dim H 2 = M Redukált s r ségmátrix: ϱ 1 = WW M N N (C), Szeparálható állapot: ϱ 2 1 = ϱ 1, ϱ 2 2 = ϱ 2 Összefonódott állapot: ϱ 2 1 ϱ 1, ϱ 2 2 ϱ 2 ϱ 2 = W W M M M (C) Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 4 / 27

Két részrendszeres összefonódás Schmidt tétele, purikáció, redukció Schmidt dekompozíciós tétele: Minden tiszta állapot a H 12 = H 1 H 2 térben kifejezhet a Ψ = n i=1 λi e i f i alakban, ahol { e i } N i=1 onb. H 1-en, { f i } M i=1 onb. H 2-n, n = min {N, M}. Adott Ψ tiszta állapot redukált s r ségmátrixainak a spektruma megegyezik a nulla sajátértékek multiplicitásától eltekintve. Adott ϱ 1 H 1 H 1 kevert állapotot leíró s r ségmátrixhoz mindig található olyan H 2 tér, illetve egy olyan ϱ 12 (H 1 H 2 ) (H 1 H 2 ) állapot, melyre Tr 2 ϱ 12 = ϱ 1 és létezik egy Ψ H 1 H 2 állapot, amelyre Ψ Ψ = ϱ 12 Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 5 / 27

Két részrendszeres összefonódás Spec. két qubit Ψ = a 00 + b 10 + c 01 + d 11 C 2 C 2 [ ] a b W = c d Állapotok lokális unitér transzformációja: Ψ (U V ) Ψ, W UWV T Konkurrencia: C = 2 detw Redukált s r ségmátrix: ϱ 1 = WW = 1 (I + x σ), x 1 2 Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 6 / 27

Geometriai fázis tiszta állapotokon Sugarak tere Kvantumrendszer állapotai ψ S H, H = C n+1 és n 1; Fizikai tartalommal rendelkez mennyiségek érzéketlenek fázisfaktorral való szorzásra ψ Â ψ ψ ψ, ψ φ 2 ψ 2 φ 2 Ekvivalencia reláció: ψ φ, ha ψ = λ φ, λ 0 Valódi állapottér, amely a kvantumrendszer zikai állapotait tartalmazza, az ekvivalencia-osztályokból áll P = H/ S felfogható, mint a P fölötti S 1 brumokból álló totális tér, melynek a struktúra csoportja U (1) Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 7 / 27

Geometriai fázis tiszta állapotokon Pancharatnam konnexió A kérdés: mekkora fáziskülönbség van két normált állapot között? Ha egy brumhoz tartoznak, akkor az ekvivalencia reláció megadja. Pancharatnam ötlete: Két állapot fázisban van, ha az interferenciájuk maximális. e iγ = ψ φ φ ψ A konnexió: A = I w j dw j 1+w k w k Az egyforma jelentése: e iϕ[c] = e i C A Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 8 / 27

Geometriai fázis tiszta állapotokon Berry fázis M - paramétertér S - Normált állapotok tere Paramétertéren generált zárt görbe általában nem zárt S-n Két végállapot közötti geometriai fáziskülönbség a Berry fázis A holonómia U (1) Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 9 / 27

Geometriai fázis tiszta állapotokon Nem Abeli Berry fázis A Berry fázis degenerált esete a nem Abeli Berry fázis A degenerált altér sajátvektorai között lehetséges az átmenet A holonómia U (n) Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 10 / 27

Geometriai fázis kevert állapotokon Hilbert Schmidt tér A vizsgált kvantumrendszer (H 1 ) egy nagyobb rendszer (H) részeként értelmezhet ; Az egyes részrendszer állapotát megkaphatjuk ϱ 1 = WW alakban Az általunk észlelhet zikai mennyiségek nem változnak meg egy W W U, U U transzformációra; ez deniálja az ekvivalencia relációt Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 11 / 27

Geometriai fázis kevert állapotokon Uhlmann konnexió A kérdés: mekkora fáziskülönbség van két normált állapot között? Ha egy brumhoz tartoznak, akkor az ekvivalencia reláció megadja. Pancharatnam ötlete: Két állapot fázisban van, ha az interferenciájuk maximális. W 1 + W 2 U 2 U = ϱ 1 1 ϱ2 1 ϱ2 ϱ 1 ϱ2 A konnexió: 2I ( W dw ) = AWW + WW A Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 12 / 27

Két qubit vizsgálata Berry fázis 1 A két qubit állapotok vizsgálatára alkalmas Hamilton operátor H (x) = x ν Γ ν, ν = 0, 1, 2, 3, 4 {Γ µ, Γ ν } = 2δ µ,ν I Megmutatható, hogy H sajátértékei ±r, r = x0 2 + x 1 2 + x 2 2 + x 3 2 + x 4 2 Érdekesség, hogy a fenti Hamilton operátor zikai tartalommal is bír, hiszen átalakítható H = Q mn J m J n, Q = Q T, Tr Q = 0 alakra, amely láthatóan id tükrözésre invariáns, így a holonómia SU (2) U (2). Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 13 / 27

Két qubit vizsgálata Berry fázis 2 A két qubit kvantumállapotot az alábbi módon kaphatjuk meg a fenti formalizmusból ( ) ( ) u (1) 1 (1 + x4 ) I Q0 + = = r (r + x4 ) x 0 I ix σ Q 1 W = 1 2 (Q 0 + iq 1 ) S 4 / { S 4 Déli pólusa } -án értelmezett konnexió forma A = I u ± du ± = ( ) 1 2r (r + x 4 ) I X dx Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 14 / 27

Két qubit vizsgálata Geometriai fázis Az unitér id fejl dést leíró U (t) = e S(t) általánosan egy U (4) unitér mátrix. Egyparaméteres evolúció esetén Spin (5) U (4) A matematikai irodalom alapján átalakítható S α κ T κ = 1 4 αµ,ν [Γ µ, Γ ν ] α µ,ν = x µ y ν x ν y µ antiszimmetrikusan választhatjuk, mert a szimmetrikus tag nem jelenik meg Γ µ -k miatt Nem Abeli esetben a dinamikai és a geometriai fázis nem szeparálható, mert nem feltétlenül kommutáló mátrixok. Aharonov és Anandan munkássága nyomán tudjuk, hogy a dinamikai rész zérussá tehet, ez nekünk az x µ y µ = 0 feltételt szabja. Az egyszer ség kedvéért feltesszük, hogy x µ x µ = y µ y µ = 1 normáltak. Az exponencializálás elvégezhet : ( t ( t e ts = cos I + sin S 2) 2) Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 15 / 27

Két qubit vizsgálata Geometria A két qubit normált állapotok tere S 7 A vizsgált problémától függ en bevezethet két leképezés: π 1 : S 7 S 4, ekkor a nyaláb S 3 = SU (2) π 2 : S 7 D, ekkor a nyaláb U (2) Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 16 / 27

Két qubit vizsgálata Nem Abeli Berry és Uhlmann konnexió kapcsolata Az Uhlmann konnexió (A) dw W W dw = WW A + AWW A nem Abeli Berry konnexió (A ) ( ) A = I Q, dq = I Q dq 0 0 + Q dq 1 1, W = 1 (Q 0 + iq 1 ) 2 Megmutatható, hogy a nem Abeli Berry konnexió az Uhlmann konnexió megszorítása A Q2 = A, Q 2 = {W detw R} x 0 0 TrA = 0 Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 17 / 27

Példaszámolás [ H = x ν Γ ν = x 4 I x 0 I ix σ 1 u + = N + P + = 2(1+x 4 ) ] x 0 I + ix σ x 4 I [ ] (1 + x4 ) I = i x σ u + (t) = e ts u +, S = 1 2 (y νγ ν ) (x µ Γ µ ) [ Q0 Q 1 ( ( t ( t ) [ 1 (1 + x4 ) I cos I + sin S 2) 2) 2 (1 + x4 ) i x σ ] ] = [ Q0 (t) Q 1 (t) Megadható a purikáció id függése W (t) = 1 2 (Q 0 (t) + iq 1 (t)) ] Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 18 / 27

Példaszámolás Eredmények - Kvantum beugrás, geodetikus id fejlesztés Geodesic law: Sugarak terén történ kvantum beugrás esetén a felszedett fázis éppen Ψ Φ Φ Ψ Φ Ψ Általában is igaz, hogy az állapot parallel transzláltja a rövidebb geodetikus mentén (a megfelel metrikára nézve) ugyanaz, mint a kvantum beugrás eredménye Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 19 / 27

Példaszámolás Eredmények - Els részrendszer ϱ 1 (u (t)) = W (t) W (t) = 1 (I + u (t) σ ) 2 u (t) = cos (t) x + sin (t) y C (t) = 1 u (t) 2 = cos (t) x 4 + sin (t) y 4 Ez a számolás jól illusztrálja, hogy geodetikus szegmenseken a kvantum beugrás és a folytonos id fejl dés ekvivalens Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 20 / 27

Példaszámolás Els részrendszer Kék vonal - els részrendszer Zöld jelöl négyzetek - (t = 0, π/2, π, 3π/2) id pontban az állapotok Magenta, piros - generáláshoz szükséges segédmennyiség Narancs - legnagyobb konkurrenciájú állapot Fekete - kettes részrendszer id fejl dését jellemz állapot Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 21 / 27

Példaszámolás Eredmények - Második részrendszer ϱ 2 (v (t)) = W (t) W (t) = 1 (I + v (t) σ ) 2 v (t) = x + ((1 cos (t)) y 4 + sin (t) x 4 ) n, n = y y 4 1+x x 4 Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 22 / 27

Példaszámolás Második részrendszer Kék vonal - második részrendszer Zöld jelöl négyzetek - (t = 0, π/2, π, 3π/2) id pontban az állapotok Magenta, piros - generáláshoz szükséges segédmennyiség Narancs - legnagyobb konkurrenciájú állapot Fekete - kettes részrendszer id fejl dését jellemz állapot Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 23 / 27

Példaszámolás Hullámfüggvény és id fejlesztés Megmutatható, hogy az általunk leírt két qubit id fejl dés felírható, mint Ψ = ( ) t cos α1 + ( t sin 2 2) α2, azaz C 4 egy két dimenziós hiperfelületén történik a mozgás, mint azt vártuk. Ezen a két dimenziós altéren felírhatjuk a Hamilton operátort [ ] H = 1 0 i 2 i 0 Megadható az id fejleszt operátor is ( ( t cos 2) sin t 2) ( ) 0 0 t ( ) t U (t) = sin cos 0 0 2 2 0 0 1 0 0 0 0 1 Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 24 / 27

Kitekintés Különböz nyalábok vizsgálata Sjöqvist csoport kvaterniós fázis (nem Abeli Berry) mérési kísérlete Magasabb dimenziós rendszerekbe való beágyazás Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 25 / 27

Összefoglalás Holonómia - klasszikus, kvantum Geometriai fázisok - Berry, Uhlmann Alkalmazás két qubitra Kitekintés Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 26 / 27

Köszönöm a gyelmet! Bucz Gábor Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata Szeged, 2015.04.23. 27 / 27