[論文レビュー] Generation of extended nonlocal entanglement in the micromaser via two quanta non-linear processes induced by dynamic Stark shift

M. S. Ateto|arXiv (Cornell University)|May 7, 2008

Quantum Information and Cryptography被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、動的ストロングシフトによって誘発される2量子遷移過程を活用して、マイクロマザーに非線形媒体を組み込んだことで、遠く離れた2原子間の拡張的で頑健なもつれを生成する手法を提案する。量子情報がキャビティ場から原子へと転送されることで、直接的な原子-原子相互作用なしに長距離もつれを実現でき、さまざまな系パラメータにおいても高い相関が達成される。

ABSTRACT

We show that, under certain conditions, the micromaser can act as an effective source of highly correlated atoms. It is possible to create an extended robust entanglement between two successive, initially unentangled atoms passing through a cavity filled with with a nonlinear medium taking into consideration a slight level shift. Information is transfered from the cavity to the atoms in order to build up entanglement. The scheme has an advantage over conventional creation of entanglement if the two atoms (qubits) are so far apart that a direct interaction is difficult to achieve. The interaction of the atoms with the micromaser occurs under the influence of a two-quantum transition process. Interesting phenomena are observed, and an extended robust entangled state is obtained for different values of the system parameters. Illustrative variational calculations are performed to demonstrate the effect within an analytically tractable two-qubit model.

研究の動機と目的

• 2つの空間的に分離された原子間で長距離もつれを生成するためのメカニズムを開発すること。
• キャビティを介したもつれを用いることで、遠く離れたキュービット系における直接的原子-原子相互作用の課題を克服すること。
• キャビティ量子電磁力学の設定における非線形過程を用いて、現実的な系パラメータ下でも頑健なもつれ生成を実証すること。
• 動的ストロングシフトが、キャビティから原子へのもつれ転送を促進する2量子遷移過程を可能にする役割を分析すること。

提案手法

• マイクロマザーは、動的ストロングシフトによって2量子遷移過程を誘発する媒体を有する非線形キャビティとしてモデル化される。
• 原子は重ね合わせ状態に準備され、順次キャビティ場と相互作用することで、量子情報の coherent な交換が可能になる。
• 2キュービットモデル内で変分的手法を用いて系を分析することで、もつれダイナミクスを扱いやすく記述する。
• 動的ストロングシフトはレベルシフトを引き起こし、有効な2量子遷移を可能にする。これは非局所的相関を生成する上で不可欠である。
• 原子間のもつれをキャビティ場を介して媒介する非線形結合項を含む相互作用ハミルトニアンが導出される。
• さまざまなパラメータ領域におけるもつれ忠実度と頑健性を評価するために、解析的計算が実施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マイクロマザーは直接相互作用なしに、2つの遠く離れた原子間で拡張的もつれを生成できるか？
• RQ2 動的ストロングシフトは、非局所的もつれを実現するために2量子遷移過程にどのように影響を与えるか？
• RQ3 結合定数や周波数オフセットの変動といった系パラメータの変化に対して、生成されたもつれ状態の頑健性はどの程度か？
• RQ4 非線形媒体を有するキャビティは、どの程度まで長距離もつれを媒介できるか？
• RQ5 変分モデルは、この系におけるもつれ生成の本質的特徴をどの程度正しく捉えているか？

主な発見

• マイクロマザーは、キャビティを介した非線形過程により、2つの遠く離れた原子間で拡張的で頑健なもつれ状態を成功裏に生成した。
• 系のさまざまなパラメータ範囲においてももつれが保持されることから、摂動に対して耐性があることが示された。
• 動的ストロングシフトは、非局所的相関を生成するために不可欠な有効な2量子遷移を可能にする。
• 変分モデルは、解析的に取り扱える枠組み内でこの計画の実現可能性を確認した。
• 直接的な原子-原子相互作用が不実用的である場合、従来の手法に比べて本手法は長距離もつれにおいて優れた性能を示した。
• キャビティ場から原子への情報転送により高い相関が得られ、このメカニズムの有効性が確認された。