[論文レビュー] Entanglement with phase decoherence

Xu Jingbo, Shangbin Li|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2003

Photonic and Optical Devices被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、位相デコherence下で、2準位原子と2つの光学キャビティ間のもつれ生成を、ダイナミカル代数的手法を用いて調査している。もつれはデチューニングパラメータによって制御可能であり、驚くべきことに、初期に真空モードである2つのキャビティを、最大混合状態にある原子がもつれることが示された。共振状態では、定常的もつれが1/2に達することが分かった。

ABSTRACT

The system of an atom couples to two distinct optical cavities with phase decoherence is studied by making use of a dynamical algebraic method. We adopt the concurrence to characterize the entanglement between atom and cavities or between two optical cavities in the presence of the phase decoherence. It is found that the entanglement between atom and cavities can be controlled by adjusting the detuning parameter. Finally, we show that even if the atom is initially prepared in a maximally mixed state, it can also entangle the two mode cavity fields.

研究の動機と目的

• 位相デコherence下における2原子キャビティ系のもつれダイナミクスを研究すること。
• 原子が初期に最大混合状態にある場合にも、もつれが生成可能かどうかを調査すること。
• デチューニングパラメータが原子とキャビティモード間のもつれをどのように制御するかを調査すること。
• concurrenceを用いて、2つのキャビティ場間のもつれを特徴付けること。

提案手法

• 系は、異なる結合強さを持つ2つの光学キャビティに結合する2準位原子を記述するハミルトニアンでモデル化される。
• 位相デコherence下でのマスター方程式を解くために、SU(2)生成子に基づくダイナミカル代数的手法が用いられる。
• 指数演算子展開を用いてマスター方程式を形式的に解き、密度行列の正確な時間発展が得られる。
• 原子とキャビティ間のもつれ、または2つのキャビティ場間のもつれを測る指標としてconcurrenceが用いられる。
• 原子の自由度をトレースアウトすることで、キャビティ場の縮約密度行列が導出される。
• concurrenceの解析的表現が導出され、時間依存および定常状態の振る舞いが含まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 位相デコherenceが存在する中で、デチューニングパラメータを調整することにより、原子とキャビティ場間のもつれを制御できるか？
• RQ2 原子が初期に最大混合状態にあったとしても、2つの光学キャビティ間のもつれが可能か？
• RQ3 位相デコherenceは、2つのキャビティ場間のもつれダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ4 位相デコherence下で、2つのキャビティ場間のもつれが到達可能な最大定常的もつれは何か？

主な発見

• デチューニングパラメータΔを用いることで、原子とキャビティ間のもつれを制御可能であり、共鳴時に最大もつれが達成される。
• 原子が初期に最大混合状態であっても、2つのキャビティ場をもつれる。Δ = 0 かつ g_a = g_b の場合、定常concurrenceは1/4である。
• γ = 0 の特定の時刻では、2つのキャビティ場間のもつれは0であるが、γ > 0 の場合、非ゼロかつ時間依存的になり、持続的もつれが生じる。
• 共鳴状態（Δ = 0）で等しい結合強さを持つ場合、2つのキャビティ場間のもつれの定常的値は最大で1/2に達する。
• 特定の時間間隔では、位相デコherence率γが増加するにつれて、2つのキャビティ場間のもつれが増加する。これは通常のデコherence効果とは逆である。
• キャビティ-キャビティもつれのconcurrenceは、C_B = (4|g_a g_b| / Ω²) [1 - cos(Ωt) exp(-γt Ω² / 2)] で与えられ、結合定数およびデコherenceパラメータに明示的な依存性を示す。