[論文レビュー] Creation and destruction of entanglement by a nonequilibrium environment

Max Ludwig, Klemens Hammerer+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2009

Mechanical and Optical Resonators被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、非平衡環境が結合振動子におけるもつれに与える影響を調査し、最適な散乱強度がもつれを最大化することを示している。任意のバースペクトルに対して正確な量子ランジュバン方程式を用いて、一般に用いられるリンブレッド手法が定性的に失敗することを明らかにし、ナノメカニカル系における量子実験の設計により正確なフレームワークを提供する。

ABSTRACT

Recent experiments aim at cooling nanomechanical resonators to the ground state by coupling them to non-equilibrium environments in order to observe quantum effects such as entanglement. This raises the general question of how such environments affect entanglement. Here we show that there is an optimal dissipation strength for which the entanglement between two coupled oscillators is maximized. Our results are established with the help of a general framework of exact quantum Langevin equations valid for arbitrary bath spectra, in and out of equilibrium. We point out why the commonly employed Lindblad approach fails to give even a qualitatively correct picture.

研究の動機と目的

• 非平衡環境が結合振動子における量子もつれに与える影響を理解すること。
• 環境との結合にもかかわらずもつれが最大化される条件を特定すること。
• リンブレッド手法の限界を越えてもつれダイナミクスを正確にモデル化するフレームワークを開発すること。

提案手法

• 任意のバースペクトル（平衡および非平衡）に対して有効な正確な量子ランジュバン方程式の導出。
• 非平衡環境と相互作用する2つの結合振動子をモデル化するためにフレームワークの適用。
• 環境の影響における記憶効果を捉えるために非マークフ・ダイナミクスの使用。
• 標準的なリンブレッド形式と比較することで、その定性的な欠陥を暴露。
• もつれを散乱強度の関数として分析し、最適値を同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非平衡環境は、結合量子振動子におけるもつれにどのような影響を与えるか？
• RQ2 このような系において、もつれを最大化する特定の散乱強度が存在するか？
• RQ3 なぜリンブレッド手法は、非平衡状態におけるもつれダイナミクスを正しく記述できないのか？

主な発見

• 2つの結合振動子間のもつれを最大化する最適な散乱強度が存在し、環境との結合度に非単調な依存関係があることを示唆している。
• 正確な量子ランジュバンフレームワークにより、非平衡効果によってもつれが増幅されることを明らかにしたが、これは平衡モデルの予想とは対照的である。
• リンブレッド手法は定性的に失敗しており、非平衡状態下での正しいもつれダイナミクスを捉えることができない。
• このフレームワークは任意のバースペクトルに適用可能であり、ナノメカニカルレゾネーターなどの実際の実験設定への応用が可能である。
• もつれ生成は環境のスペクトル的性質に敏感であるため、バースペクトルの設計が重要であることが強調された。