[論文レビュー] Coherent control of steady state entanglement in driven cavity arrays

Dimitris G. Angelakis, Li Dai+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2009

Mechanical and Optical Resonators被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、古典的駆動場の位相差を調整することにより、損失を伴う駆動型キャビティ-原子系アレイにおける定常状態の長距離もつれを一貫して制御することを示している。古典的ポンプにもかかわらず、特に直接結合が第三者への個々の結合に比べてはるかに小さい場合に高いもつれが達成され、波導やファイバーを介した長距離量子相関が可能になる。

ABSTRACT

We show that coherent control of the steady-state long-distance entanglement between pairs of cavity-atom systems in an array of lossy and driven coupled resonators is possible. The cavities are doped with atoms and are connected through wave guides, other cavities or fibers depending on the implementation. We find that the steady-state entanglement can be coherently controlled through the tuning of the phase difference between the driving fields. It can also be surprisingly high in spite of the pumps being classical fields. For some implementations where the connecting element can be a fiber, long-distance steady state quantum correlations can be established. Furthermore, the maximal of entanglement for any pair is achieved when their corresponding direct coupling is much smaller than their individual couplings to the third party. This effect is reminiscent of the establishment of coherence between otherwise uncoupled atomic levels using classical coherent fields. We suggest a method to measure this entanglement by analyzing the correlations of the emitted photons from the array and also analyze the above results for a range of values of the system parameters, different network geometries and possible implementation technologies.

研究の動機と目的

• 損失を伴う駆動型キャビティ-原子アレイにおける定常状態もつれのコherent制御を達成すること。
• 散逸を伴うにもかかわらず、古典的駆動場がどのように高い定常状態もつれを生成できるかを調査すること。
• 波導やファイバーを接続素子として用いることで、ネットワーク化されたキャビティ系における長距離量子相関を実現すること。
• 遠く離れたキャビティペア間のもつれを最大化する最適な結合構成を同定すること。
• 実験的検証のための測定可能なもつれの兆候を提案すること。

提案手法

• 位相差を調整可能な古典的外部場で駆動される結合キャビティアレイをモデル化する。
• 散逸と駆動を伴うオープン量子系のダイナミクスを記述するためにマスター方程式技術を用いる。
• キャビティペアの縮約密度行列の対数負エントロピーを用いて定常状態もつれを分析する。
• 波導、ファイバー、または直接的なキャビティ結合を用いてキャビティ間の接続要素とし、長距離相関を可能にする。
• 配列からの光子放出相関を分析する測定プロトコルを設計し、もつれを検出する。
• 系のパラメータ、ネットワーク幾何、実装技術を体系的に変化させ、耐障害性とスケーラビリティを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遠く離れたキャビティ-原子系間のもつれを、古典的駆動場を用いて定常状態でコherent制御できるか？
• RQ2 駆動場間の位相差が定常状態もつれの度合いにどのように影響するか？
• RQ3 第三の粒子を通じた間接的結合が、キャビティペア間のもつれを最大化する役割を果たすか？
• RQ4 波導やファイバーを接続素子として用いることで、損失を伴うキャビティアレイにおいて長距離量子相関を確立できるか？
• RQ5 光子放出において、もつれの存在を実験的に検証するための測定可能な兆候は何か？

主な発見

• 古典的駆動場の位相差を調整することにより、キャビティ-原子ペア間のもつれを定常状態でコherent制御できる。
• コherentポピュレーショントラップに類似した効果のおかげで、古典的ポンプでも高いもつれが達成可能である。
• ペア間の直接結合が、それぞれの第三者への個々の結合に比べてはるかに小さい場合に最大もつれが発現し、コherentポピュレーショントラップを模倣する。
• 波導やファイバーなどの接続要素を用いることで、アレイ全体にわたる量子相関が可能になるため、長距離もつれが実現可能である。
• 光子放出相関は、系における定常状態もつれを検出するための実用的で測定可能な兆候を提供する。
• 結果は、さまざまな系パラメータやネットワーク幾何にわたり頑健であり、異なる実装技術におけるスケーラビリティを支持する。