Dynamical phase and quantum heat at fractional frequencies

Tutkimustuotos: LehtiartikkeliArticleScientificvertaisarvioitu

1 Sitaatiot (Scopus)
39 Lataukset (Pure)

Abstrakti

We demonstrate a genuine quantum feature of heat: the power emitted by a qubit (quantum two-level system) into a reservoir under continuous driving shows peaks as a function of frequency f. These resonant features appear due to the accumulation of the dynamical phase during the driving. The position of the nth maximum is given by f=fM/n, where fM is the mean frequency of the qubit in the cycle, and their positions are independent of the form of the drive and the number of heat baths attached, and even the presence or absence of spectral filtering. We show that the waveform of the drive determines the intensity of the peaks, differently for odd and even resonances. This quantum heat is expected to play a crucial role in the performance of driven thermal devices such as quantum heat engines and refrigerators. We also show that, by optimizing the cycle protocol, we recover the favorable classical limit in fast driven systems without the use of counterdiabatic drive protocols, and we demonstrate an entropy preserving nonunitary process. We propose that this non-trivial quantum heat can be detected by observing the steady-state power absorbed by a resistor acting as a bolometer attached to a driven superconducting qubit.

AlkuperäiskieliEnglanti
ArtikkeliL022036
JulkaisuPhysical Review Research
Vuosikerta5
Numero2
DOI - pysyväislinkit
TilaJulkaistu - huhtik. 2023
OKM-julkaisutyyppiA1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Rahoitus

Acknowledgments. We thank Bayan Karimi and Dmitry S. Golubev for useful discussions. We acknowledge Academy of Finland Grant No. 312057, the European Union's Horizon 2020 research and innovation program under the European Research Council (ERC) program (Grant No. 742559), and the Foundational Questions Institute Fund (FQXi) via Grant No. FQXi-IAF19-06. G.T. also acknowledge the support by the Academy of Finland Flagship Programme, Photonics Research and Innovation (PREIN), Decision No. 320168.

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Dynamical phase and quantum heat at fractional frequencies'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.
  • PREIN: Fotoniikan Tutkimus ja Innovaatio

    Mäkelä, K. (Vastuullinen johtaja)

    01/01/201931/12/2022

    Projekti: Academy of Finland: Other research funding

  • QTF: Kvanttiteknologian huippuyksikkö

    Pekola, J. (Vastuullinen johtaja), Golubev, D. (Projektin jäsen), Blanchet, F. (Projektin jäsen), Maillet, O. (Projektin jäsen), Mannila, E. (Projektin jäsen) & Marín Suárez, M. (Projektin jäsen)

    01/01/201831/12/2020

    Projekti: Academy of Finland: Other research funding

  • SQH: Superconducting quantum heat engines and refrigerators

    Pekola, J. (Vastuullinen johtaja), Subero Rengel, D. (Projektin jäsen), Chiang, K.-H. (Projektin jäsen), Gubaydullin, A. (Projektin jäsen), Chang, Y.-C. (Projektin jäsen), Singh, S. (Projektin jäsen), Thomas, G. (Projektin jäsen), Upadhyay, R. (Projektin jäsen), von Scarpatetti, C. (Projektin jäsen), Serrati, E. (Projektin jäsen), Blanchet, F. (Projektin jäsen), Praks, E. (Projektin jäsen), Peltonen, J. (Projektin jäsen), Strelnikov, A. (Projektin jäsen), Chen, Z.-Y. (Projektin jäsen), Senior, J. (Projektin jäsen), Mannila, E. (Projektin jäsen), Lvov, D. (Projektin jäsen), Marín Suárez, M. (Projektin jäsen), Satrya, C. (Projektin jäsen), Lemziakov, S. (Projektin jäsen), Mäkinen, I. (Projektin jäsen), Dumas, H. (Projektin jäsen), Wang, L. (Projektin jäsen) & Karimi, B. (Projektin jäsen)

    27/09/201730/09/2023

    Projekti: EU: ERC grants

Siteeraa tätä