amplitudedæmpning

Amplitudedæmpning, eller amplitude damping, er en kvantemekanisk kanal som beskriver energitap fra et lite system til omgivelsene. Den brukes ofte for å modellere relaksjon av to-nivå-systemer (qubiter) hvor det høyeste energinivået |1> spontant relaxerer til det lavere nivået |0>. Prosessen representerer hvordan sannsynligheten for at systemet befinner seg i tilstanden |1> avtar over tid, mens sannsynligheten for |0> øker.

Kjerneideene kan beskrives ved Kraus-operatørene for en enkelt qubit i basen |0>, |1>. Med en feilparameter p (ofte p = 1 - e^{-t/T1}) er operatørene:

E0 = [[1, 0], [0, sqrt(1-p)]], E1 = [[0, sqrt(p)], [0, 0]].

En kvantetilstand ρ utvikler seg som ρ → ∑k Ek ρ Ek†. Denne beskriver både energilikebevart og avassimilering av amplitude mot |0>.

Lindblad-form og masterlikning

Amplitude damping kan også beskrives ved en Lindblad-ligningen dρ/dt = γ (σ_- ρ σ_+ − 1/2 {σ_+ σ_-, ρ}), der σ_- = |0><1| og σ_+ = |1><0|. γ er-relaksjonshastigheten. På lang sikt fører prosessen til at tilstanden fortrinnsvis blir i |0>, hvilket tilsvarer et vakuum eller hviletilstand i miljøet.

Fysiske implikasjoner og anvendelser

Amplitude damping er sentral i kvanteinformasjon og kvanteoptikk, særlig for å modellere T1-relaksjon i qubiter (f.eks. superconducting qubits eller optiske systemer). Den påvirker amplitude-komponentene i Bloch-sirkelen og fører til at x- og y-komponentene av tilstandsvektoren decelererer mens z-komponenten dras mot -1 (tilstanden |0>). Ved finite temperatur kan General Amplitude Damping beskrive samtidig opptak fra miljøet.

Relaterte konsepter

Amplitude damping står i kontrast til phase damping (dephasning) som kun reduserer koherensen uten energitap. En utvidet modell ved finite temperatur kalles General Amplitude Damping (GAD).