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Adiabatic elimination for multi-partite open quantum systems with non-trivial zero-order dynamics

Authors :
Thibault Capelle
Samuel Deléglise
Alain Sarlette
Paolo Forni
Emmanuel Flurin
Pierre Rouchon
Centre Automatique et Systèmes (CAS)
MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
QUANTum Information Circuits (QUANTIC)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
Laboratoire Kastler Brossel (LKB [Collège de France])
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Collège de France (CdF (institution))
Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
Université Paris sciences et lettres (PSL)
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Collège de France (CdF (institution))
Source :
CDC 2018-57th IEEE Conference on Decision and Control, CDC 2018-57th IEEE Conference on Decision and Control, Dec 2018, Miami, United States, 2018 IEEE CONFERENCE ON DECISION AND CONTROL (CDC), CDC
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; We provide model reduction formulas for open quantum systems consisting of a target component which weakly interacts with a strongly dissipative environment. The time-scale separation between the uncoupled dynamics and the interaction allows to employ tools from center manifold theory and geometric singular perturbation theory to eliminate the variables associated to the environment (adiabatic elimination) with high-order accuracy. An important specificity is to preserve the quantum structure: reduced dynamics in (p ositive) Lindblad form and coordinate mappings in Kraus form. We provide formulas of the reduced dynamics. Themain contributions of this paper are (i) to show how the decomposition of the environment into $K$ components enables its efficient treatment, avoiding the quantum curse of dimension; and (ii) to extend the results to the case where the target component is subject to Hamiltonian evolution at the fast time-scale. We apply our theory to a microwave superconducting quantum resonator subject to material losses, and we show that our reduced-order model can explain the transmission spectrum observed in a recent pump probe experiment.

Details

Language :
English
ISBN :
978-1-5386-1395-5
ISSN :
07431546 and 25762370
ISBNs :
9781538613955
Database :
OpenAIRE
Journal :
CDC 2018-57th IEEE Conference on Decision and Control, CDC 2018-57th IEEE Conference on Decision and Control, Dec 2018, Miami, United States, 2018 IEEE CONFERENCE ON DECISION AND CONTROL (CDC), CDC
Accession number :
edsair.doi.dedup.....3921b3d268ba3bf2fd043f361afa9e93