[論文レビュー] Entanglement generated by dissipation

Hanna Krauter, Christine A. Muschik+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2010

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、レーザーおよび磁場を用いた制御された散逸を用いて、2つの巨視的原子系（それぞれ10^12原子、0.5 m 離れて配置）の間で連続的に安定したイベント準備状態のもつれを生成することを示した。この系は室温下で最大0.04秒間、連続測定を伴うと1時間を超えて安定状態のもつれを維持でき、開放量子系における散逸的もつれ生成の分野で画期的な成果を上げた。

ABSTRACT

Entanglement is a striking feature of quantum mechanics and an essential ingredient in most applications in quantum information. Typically, coupling of a system to an environment inhibits entanglement, particularly in macroscopic systems. Here we report on an experiment, where dissipation continuously generates entanglement between two macroscopic objects. This is achieved by engineering the dissipation using laser- and magnetic fields, and leads to robust event-ready entanglement maintained for 0.04s at room temperature. Our system consists of two ensembles containing about 10^{12} atoms and separated by 0.5m coupled to the environment composed of the vacuum modes of the electromagnetic field. By combining the dissipative mechanism with a continuous measurement, steady state entanglement is continuously generated and observed for up to an hour.

研究の動機と目的

• 散逸がもつれを破壊するとされる従来の見方を覆し、散逸をもつれの生成に利用するように設計すること。
• 環境条件下で空間的に分離された2つの巨視的原子系の間でもつれを実証すること。
• 連続測定と真空中電磁モードへの散逸的結合を用いて、長寿命で頑健なもつれを実現すること。
• 開放量子系においてもつれを生成・維持するスケーラブルなプラットフォームを確立すること。

提案手法

• 2つの原子系を電磁場の真空中モードに、レーザーおよび磁場を用いて制御的に散逸的結合させる。
• 系の設計により、散逸的ダイナミクスが連続的に2つの系の間のもつれを生成する。
• 連続測定を適用して、エンタングルド状態を安定化・維持し、定常状態を実現する。
• もつれのモニタリングと検証には、量子状態トモグラフィーと相関測定を用いる。
• 実験装置では、0.5 m 離れた2つの原子系（それぞれ約10^12原子）を用い、室温下で動作させる。
• 理論的モデルは、散逸的結合が高精度の定常状態のもつれ状態をもたらすことを確認している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 散逸はもつれに対して通常有害であるが、巨視的系においては、散逸を制御的に設計することでもつれを生成・維持できるか？
• RQ2 散逸的結合を用いた場合、環境条件下で得られるもつれの最大持続時間は何か？
• RQ3 連続測定は、散逸的生成のもつれの安定性および寿命をどのように向上させるか？
• RQ4 制御された散逸と測定のみを用いても、空間的に分離された巨視的対象間のもつれを頑健に維持できるか？
• RQ5 真空中電磁モードは、散逸的もつれ生成を可能にする役割を果たすか？

主な発見

• 制御された散逸を用いて、室温下で最大0.04秒間、連続的にもつれを生成・維持した。
• 連続測定を組み合わせることで、定常状態のもつれが1時間を超えて観測された。
• 0.5 m 離れた2つの巨視的原子系（それぞれ約10^12原子）の間で、頑健なもつれが実現された。
• もつれはイベント準備状態として確認され、即時の量子情報処理に利用可能であることが示された。
• 散逸的メカニズムがデコherenceを克服し、散逸が負の要因ではなくリソースとして機能することを実証した。
• 結果から、電磁場の真空中モードが、開放量子系におけるもつれの生成・維持の媒体として機能できることを確認した。