Kwantumkoppeling

Kwantumkoppeling is het verschijnsel waarbij twee of meer quantum-systemen zodanig met elkaar in interactie staan dat energie of informatie tussen hen kan worden uitgewisseld. De koppeling wordt geïntroduceerd via een interactie- of Hamiltoniaan term die het gedrag van de afzonderlijke systemen met elkaar verweeft. De sterkte van de koppeling wordt meestal aangeduid met een parameter zoals g of J en hangt af van factoren zoals afstand, aard van de interactie en de omgevingsomstandigheden.

In kwantumsystemen kan koppeling op verschillende manieren plaatsvinden. Directe koppeling kan optreden door tunneling, wat bijvoorbeeld bij quantumdots of spinparen voorkomt, of door uitwisseling van spins in nabijgelegen qubits. Paren of koppelingen via fotonen komen voor in optische systemen en in cavity quantum electrodynamics (QED), waar een kwantumsysteem met een foton in een resonator kan communiceren. Koppeling via trillingen (fononen) speelt een rol in optomechanische systemen en in sommige solid-state implementaties. In superconducting circuit-quantum-elektronica kan koppeling tot stand komen via bus-resonatoren of directe koppeling tussen transmon-qubits.

Kwantumkoppeling kan coherent of dissipatief zijn. Coherente koppeling leidt tot verzamelingen van excitatie en entanglement, terwijl dissipatieve koppeling ook decoherentie kan veroorzaken. Resonante koppeling vereist gelijke of nabijgelegen frequenties, terwijl off-resonante koppeling nog steeds informatie kan overdragen maar met verminderde efficiëntie. De mogelijkheid tot gecontroleerde koppeling maakt twee-qubit logica, quantum simulaties en entanglementgeneratie mogelijk, maar vraagt nauwkeurige afstemming en mitigatie van omgevingsgeluid.