[論文レビュー] Bright tripartite entanglement in triply concurrent parametric down conversion

Ashton S. Bradley, M. K. Olsen+2 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2005

Quantum Information and Cryptography被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、閾値を超えると三つのマクロな光学ビーム間に強い三粒子もつれ状態を生成する、並列して発現する $χ^{(2)}$ 二次非線形性を用いた新規なキャビティ内光学素子を提案する。三モードのアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックスを実現する二つの独立した経路を示し、マクロな多粒子もつれ状態の生成および研究のための新たな道筋を確立する。

ABSTRACT

We show that an intracavity optical device which utilises concurrent $\\chi^{(2)}$ nonlinearities can produce output beams which exhibit strong tripartite entanglement. Above threshold a significant degree of entanglement is predicted for beams with macroscopic intensities. We also demonstrate two independent ways that the system can exhibit a three mode form of the Einstein-Podolsky-Rosen paradox.

研究の動機と目的

• 並列する非線形プロセスを用いた光学系における強い多粒子もつれ状態の生成を探索すること。
• 複数の並列する $χ^{(2)}$ 非線形性を有する系が、マクロな強度において三粒子もつれ状態を生成できるかどうかを調査すること。
• このような系において、三モード形式のアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックスが存在することを示すこと。
• 提案された構成において、三モードEPRパラドックスを実現する二つの独立したメカニズムを同定および分析すること。

提案手法

• 三つの異なるモードが並列する $χ^{(2)}$ 非線形性によって結合されるキャビティ内光学構成を用いる。
• 同時に発生するパラメトリック下変換プロセスを記述する量子光学ハミルトニアンを用いてシステムをモデル化する。
• 三粒子もつれ状態の性質を評価するために、量子相関関数を用いて分析する。
• 三モード系におけるアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックスの基準を適用し、パラドックスが現れる二つの明確に異なる構成を同定する。
• システムの閾値挙動を検討し、閾値を超えると顕著なもつれ状態が発生することを示す。
• マクロなビーム強度およびそれらのもつれ性質を記述するために、量子場理論的手法を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 キャビティ内構成において並列する $χ^{(2)}$ 非線形性は、マクロな光学ビームにおける強い三粒子もつれ状態を生成できるか？
• RQ2 このシステムはどのように三モード形式のアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックスを示すか？
• RQ3 このシステムにおいて、三モードEPRパラドックスを実現する複数の独立したメカニズムが存在するか？
• RQ4 閾値動作が、出力ビームにおける顕著なもつれ状態を可能にする役割を果たすか？

主な発見

• システムは、閾値を超えると、マクロな強度を持つ三つの出力ビームに強い三粒子もつれ状態を生成する。
• 三モード形式のアインシュタイン＝ポドルスキー＝ローゼンのパラドックスを実現する二つの独立した構成が同定された。
• もつれ状態は、単一の光学キャビティ内における並列する $χ^{(2)}$ 非線形プロセスによって生成される。
• 理論的分析により、観測されたもつれ状態が高強度においても頑健で定量的に顕著であることが確認された。