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Dynamics of a macroscopic spin qubit in spin-orbit coupled Bose-Einstein condensates

机译：自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚物中宏观自旋量子比特的动力学

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We consider a macroscopic spin qubit based on spin-orbit coupled Bose-Einstein condensates, where, in addition to the spin-orbit coupling (SOC), spin dynamics strongly depends on the interaction between particles. The evolution of the spin for freely expanding, trapped, and externally driven condensates is investigated. For condensates oscillating at the frequency corresponding to the Zeeman splitting in the synthetic magnetic field, the spin Rabi frequency does not depend on the interaction between the atoms since it produces only internal forces and does not change the total momentum. However, interactions and SOC bring the system into a mixed spin state, where the total spin is inside rather than on the Bloch sphere. This greatly extends the available spin space making it three-dimensional, but imposes limitations on the reliable spin manipulation of such a macroscopic qubit. The spin dynamics can be modified by introducing suitable spin-dependent initial phases, determined by the SOC, in the spinor wave function.
机译：我们考虑基于自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚物的宏观自旋量子比特，其中，除了自旋轨道耦合（SOC）以外，自旋动力学强烈取决于粒子之间的相互作用。自由旋转，捕获和外部驱动的冷凝液的自旋演化得到了研究。对于在合成磁场中以与塞曼分裂相应的频率振荡的冷凝物，自旋拉比频率不依赖于原子之间的相互作用，因为它仅产生内力并且不改变总动量。但是，相互作用和SOC使系统进入混合自旋状态，其中总自旋处于内部而不是在Bloch球面上。这极大地扩展了可用的自旋空间，使其成为三维空间，但对此类宏观量子位的可靠自旋操作施加了限制。可以通过在自旋波函数中引入由SOC确定的合适的自旋相关初始相位来修改自旋动力学。

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