Physics
Das Qubit: Rabi, Ramsey, Dekohärenz
Ein Zweiniveausystem, das man treiben und auslesen kann, und die drei Zeiten, die es ruinieren. Rabi-Oszillationen im resonanten Feld, der π-Puls, die Ramsey-Streifen, T₁-Relaxation, T₂-Dephasierung und das T₂*, das die Streuung eines Ensembles obendrauf legt - alles auf der Blochkugel, mit vierundsechzig Spins, die sich auffächern, und dem Hahn-Echo, das sie zurückholt. Jede Kurve wird an ihrer geschlossenen Form gemessen.
Was passiert
Ein Spin auf einer Kugel, von einem Mikrowellenfeld getrieben und vergesslich. Ein resonantes Feld schwingt ihn von Nord nach Süd und zurück - Rabi-Oszillationen -, und ein Puls der richtigen Länge ist ein π-Puls. Sich selbst überlassen, kehrt der Vektor auf T₁ nach Norden zurück und verliert auf T₂ seine Phase; ein Ensemble von Spins mit leicht verschiedenen Frequenzen fächert viel schneller auf, und dieses Auffächern sieht ein Ramsey-Experiment als abklingende Streifen. Das Hahn-Echo dreht die Spins auf halbem Weg um, und die aufgefächerten Phasen laufen wieder zusammen - die statische Streuung ist aufgehoben, das wahre T₂ bleibt. Probiere Rabi, dann Ramsey, dann das Echo, und sieh, welchen Zerfall jedes aufhebt.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen
du/dt = −Δv − u/T₂, dv/dt = Δu − Ωw − v/T₂, dw/dt = Ωv − (w − 1)/T₁
Rabi: P₁ = sin²(Ωt/2), π Puls bei t = π/Ω
Ramsey: P₁ = ½[1 + cos(Δτ) e^{−τ/T₂} e^{−σ²τ²/2}]
Hahn-Echo: Der π-Impuls kompensiert die statische Frequenzstreuung, aber nicht die Relaxation mit Zeitkonstante T₂
