Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models
We investigate quantum interference effects in a superconducting Cooper-pair box by taking into account the possibility of tunneling processes involving one and two Cooper pairs. The quantum dynamics is analyzed in a framework of three-level model. We compute Landau–Zener probabilities for a linea...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2018 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176464 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models / A.V. Parafilo, M.N. Kiselev// Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 12. — С. 1692-1699. — Бібліогр.: 34 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-176464 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Parafilo, A.V. Kiselev, M.N. 2021-02-04T18:04:29Z 2021-02-04T18:04:29Z 2018 Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models / A.V. Parafilo, M.N. Kiselev// Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 12. — С. 1692-1699. — Бібліогр.: 34 назв. — англ. 0132-6414 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176464 We investigate quantum interference effects in a superconducting Cooper-pair box by taking into account the possibility of tunneling processes involving one and two Cooper pairs. The quantum dynamics is analyzed in a framework of three-level model. We compute Landau–Zener probabilities for a linear sweep of the gate charge and investigate Rabi oscillations in a periodically driven three-level system under in- and off-resonance conditions. It was shown that the Landau–Zener probabilities reveal two different patterns: “step”- and “beats”-like behaviors associated with the quantum interference effects. Control on these two regimes is provided by change of the ratio between two characteristic time scales of the problem. We demonstrate through the analysis of a periodically driven three-level system, that if a direct transition between certain pairs of levels is allowed and finetuned to a resonance, the problem is mapped to the two-level Rabi model. If the transition between pair of levels is forbidden, the off-resonance Rabi oscillations involving second order in tunneling processes are predicted. This effect can be observed by measuring a population difference slowly varying in time between the states of the Cooper-pair box characterized by the same parity Вивчено квантові інтерференційні ефекти в надпровідному транзисторі з урахуванням можливості тунелювання однієї або двох куперівських пар. Квантову динаміку системи проаналізовано в рамках трирівневої моделі. Розраховано ймовірності Ландау–Зинера в разі лінійної за часом зміни заряду на затворі, а також досліджено осциляції Рабі в трирівневій системи з періодичним накачуванням в умовах резонансу й поза резонансу. Показано, що ймовірності Ландау– Зинера можуть бути розглянуті в двох режимах, що характеризуються ступінчасто- та биттяподібною поведінкою ймовірності. Перехід між режимами здійснюється за допомогою контролю відношення між двома характерними часами в задачі. Продемонстровано, що в трирівневій системи з періодичним накачуванням за умови, коли прямі переходи між певними парами рівнів дозволено, проблема може бути зведена до дворівневої моделі Рабі. У разі, коли прямі переходи між парами рівнів заборонено, передбачено нерезонансні осциляції Рабі, які включають процеси тунелювання другого порядку. Передбачений ефект може бути виявлений за допомогою вимірювання відносної заселеності станів транзистора з тією ж парністю. Изучены квантовые интерференционные эффекты в сверхпроводящем транзисторе с учетом возможности туннелирования одной или двух куперовских пар. Квантовая динамика системы проанализирована в рамках трехуровневой модели. Рассчитаны вероятности Ландау–Зинера в случае линейного по времени изменения заряда на затворе, а также исследованы осцилляции Раби в трехуровневой системе с периодической накачкой в условиях резонанса и вне резонанса. Показано, что вероятности Ландау–Зинера могут быть рассмотрены в двух режимах, характеризуемых ступенчатои биениеподобным поведением вероятности. Переход между режимами осуществляется с помощью контроля отношения между двумя характерными временами в задаче. Продемонстрировано, что в трехуровневой системе с периодической накачкой при условии, когда прямые переходы между определенными парами уровней разрешены, проблема может быть сведена к двухуровневой модели Раби. В случае, когда прямые переходы между парами уровней запрещены, предсказаны нерезонансные осцилляции Раби, которые включают процессы туннелирования второго порядка. Предсказанный эффект может быть обнаружен с помощью измерения относительной заселенности состояний транзистора с той же четностью. We acknowledge fruitful conversations with Pertti Hakonen on the early stage of the project. We are grateful to Mark Dykman, Yuval Gefen, Sigmund Kohler, Heribert Lorenz, Stefan Ludwig, Valery Pokrovsky and Nikolay Sinitsyn for many inspiring discussion of the Landau– Zener–Stückelberg–Majorana physics. en Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Електронні властивості низьковимірних систем Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models Переходи Ландау–Зинера і осциляції Рабі в транзисторі на основі куперівських пар: за межами дворівневої моделі Переходы Ландау–Зинера и осцилляции Раби в транзисторе на основе куперовских пар: за пределами двухуровневой модели Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models |
| spellingShingle |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models Parafilo, A.V. Kiselev, M.N. Електронні властивості низьковимірних систем |
| title_short |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models |
| title_full |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models |
| title_fullStr |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models |
| title_full_unstemmed |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models |
| title_sort |
landau–zener transitions and rabi oscillations in a cooper-pair box: beyond two-level models |
| author |
Parafilo, A.V. Kiselev, M.N. |
| author_facet |
Parafilo, A.V. Kiselev, M.N. |
| topic |
Електронні властивості низьковимірних систем |
| topic_facet |
Електронні властивості низьковимірних систем |
| publishDate |
2018 |
| language |
English |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Переходи Ландау–Зинера і осциляції Рабі в транзисторі на основі куперівських пар: за межами дворівневої моделі Переходы Ландау–Зинера и осцилляции Раби в транзисторе на основе куперовских пар: за пределами двухуровневой модели |
| description |
We investigate quantum interference effects in a superconducting Cooper-pair box by taking into account the
possibility of tunneling processes involving one and two Cooper pairs. The quantum dynamics is analyzed in a
framework of three-level model. We compute Landau–Zener probabilities for a linear sweep of the gate charge
and investigate Rabi oscillations in a periodically driven three-level system under in- and off-resonance conditions. It was shown that the Landau–Zener probabilities reveal two different patterns: “step”- and “beats”-like
behaviors associated with the quantum interference effects. Control on these two regimes is provided by change
of the ratio between two characteristic time scales of the problem. We demonstrate through the analysis of a periodically driven three-level system, that if a direct transition between certain pairs of levels is allowed and finetuned to a resonance, the problem is mapped to the two-level Rabi model. If the transition between pair of levels
is forbidden, the off-resonance Rabi oscillations involving second order in tunneling processes are predicted.
This effect can be observed by measuring a population difference slowly varying in time between the states of
the Cooper-pair box characterized by the same parity
Вивчено квантові інтерференційні ефекти в надпровідному транзисторі з урахуванням можливості тунелювання однієї або двох куперівських пар. Квантову динаміку системи
проаналізовано в рамках трирівневої моделі. Розраховано
ймовірності Ландау–Зинера в разі лінійної за часом зміни
заряду на затворі, а також досліджено осциляції Рабі в трирівневій системи з періодичним накачуванням в умовах резонансу й поза резонансу. Показано, що ймовірності Ландау–
Зинера можуть бути розглянуті в двох режимах, що характеризуються ступінчасто- та биттяподібною поведінкою ймовірності. Перехід між режимами здійснюється за допомогою
контролю відношення між двома характерними часами в
задачі. Продемонстровано, що в трирівневій системи з періодичним накачуванням за умови, коли прямі переходи між
певними парами рівнів дозволено, проблема може бути зведена до дворівневої моделі Рабі. У разі, коли прямі переходи
між парами рівнів заборонено, передбачено нерезонансні
осциляції Рабі, які включають процеси тунелювання другого
порядку. Передбачений ефект може бути виявлений за допомогою вимірювання відносної заселеності станів транзистора
з тією ж парністю.
Изучены квантовые интерференционные эффекты в
сверхпроводящем транзисторе с учетом возможности туннелирования одной или двух куперовских пар. Квантовая динамика системы проанализирована в рамках трехуровневой
модели. Рассчитаны вероятности Ландау–Зинера в случае
линейного по времени изменения заряда на затворе, а также
исследованы осцилляции Раби в трехуровневой системе с
периодической накачкой в условиях резонанса и вне резонанса. Показано, что вероятности Ландау–Зинера могут быть
рассмотрены в двух режимах, характеризуемых ступенчатои биениеподобным поведением вероятности. Переход между
режимами осуществляется с помощью контроля отношения
между двумя характерными временами в задаче. Продемонстрировано, что в трехуровневой системе с периодической
накачкой при условии, когда прямые переходы между определенными парами уровней разрешены, проблема может
быть сведена к двухуровневой модели Раби. В случае, когда
прямые переходы между парами уровней запрещены, предсказаны нерезонансные осцилляции Раби, которые включают
процессы туннелирования второго порядка. Предсказанный
эффект может быть обнаружен с помощью измерения относительной заселенности состояний транзистора с той же четностью.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/176464 |
| fulltext |
|
| citation_txt |
Landau–Zener transitions and Rabi oscillations in a Cooper-pair box: beyond two-level models / A.V. Parafilo, M.N. Kiselev// Физика низких температур. — 2018. — Т. 44, № 12. — С. 1692-1699. — Бібліогр.: 34 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT parafiloav landauzenertransitionsandrabioscillationsinacooperpairboxbeyondtwolevelmodels AT kiselevmn landauzenertransitionsandrabioscillationsinacooperpairboxbeyondtwolevelmodels AT parafiloav perehodilandauzineraíoscilâcíírabívtranzistorínaosnovíkuperívsʹkihparzamežamidvorívnevoímodelí AT kiselevmn perehodilandauzineraíoscilâcíírabívtranzistorínaosnovíkuperívsʹkihparzamežamidvorívnevoímodelí AT parafiloav perehodylandauzineraioscillâciirabivtranzistorenaosnovekuperovskihparzapredelamidvuhurovnevoimodeli AT kiselevmn perehodylandauzineraioscillâciirabivtranzistorenaosnovekuperovskihparzapredelamidvuhurovnevoimodeli |
| first_indexed |
2025-11-24T12:56:52Z |
| last_indexed |
2025-11-24T12:56:52Z |
| _version_ |
1850846766485733376 |