[論文レビュー] Non-Markovian decoherence dynamics of entangled coherent states

Jun‐Hong An, Mang Feng+1 more|ArXiv.org|May 17, 2007

Quantum Information and Cryptography参考文献 60被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、散乱状態の経路積分におけるフェ Feynman-Vernon 影響汎関数理論を用いて、真空中の揺らぎ下で二モードもつれ coherent 状態における非マーカフ的デコherenceを記述する、時間に依存する係数を有する正確で摂動論的でないマスター方程式を構築した。主な発見は、時間に依存する係数の短時間ピークに起因する非マーカフ的効果が、マーカフ的極限と比較してもつれの解消を加速することであり、記憶効果が連続変数量子チャネルのデコherenceダイナミクスにおいて重要な要因であることを示している。

ABSTRACT

We microscopically model the decoherence dynamics of entangled coherent states under the influence of vacuum fluctuation. We derive an exact master equation with time-dependent coefficients reflecting the memory effect of the environment, by using the Feynman-Vernon influence functional theory in the coherent-state representation. Under the Markovian approximation, our master equation recovers the widely used Lindblad equation in quantum optics. We then investigate the non-Markovian entanglement dynamics of the quantum channel in terms of the entangled coherent states under noise. Compared with the results in Markovian limit, it shows that the non-Markovian effect enhances the disentanglement to the initially entangled coherent state. Our analysis also shows that the decoherence behaviors of the entangled coherent states depend sensitively on the symmetrical properties of the entangled coherent states as well as the interactions between the system and the environment.

研究の動機と目的

• 真空中の揺らぎ下で二モードもつれ coherent 状態におけるデコherenceの摂動論的でない、微視的な記述の構築を目的とする。
• 環境から系への作用およびその逆の作用を完全に捉えた、正確なマスター方程式の導出を目的とする。
• 非マーカフ的効果が連続変数量子チャネルにおけるもつれダイナミクスおよびデコherence行動に与える影響の調査を目的とする。
• 標準的なマーカフ的（Lindblad）極限と比較し、非マーカフ的効果がもつれの解消をどのように強化するかを特定することを目的とする。
• もつれ coherent 状態の対称的性質および系-環境間の結合干渉効果がデコherence結果に与える役割の分析を目的とする。

提案手法

• 系-環境相互作用をモデル化するために、coherent 状態経路積分形式における Feynman-Vernon 影響汎関数理論を採用した。
• 任意の結合強度および相関時間に対して有効である、記憶効果を反映する時間に依存する係数を有する正確なマスター方程式を導出した。
• coherent 状態表現を用いることで、経路積分の正確な評価が可能となり、バックアクション効果の摂動論的でない取り扱いが可能になった。
• マーカフ的極限において標準的な Lindblad マスター方程式が再現され、標準的仮定下での手法の妥当性が検証された。
• マスター方程式を解析的に解き、縮約密度行列を求めて、非マーカフ的ダイナミクスにおけるもつれを concurrence を用いて計算した。
• もつれ coherent 状態の対称性および系-環境結合における干渉パターンがデコherenceに与える依存関係を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マスター方程式の時間に依存する係数に符号化された非マーカフ的記憶効果は、二モードもつれ coherent 状態のもつれの解体ダイナミクスにどのように影響するか？
• RQ2 もつれ coherent 状態の対称的性質は、真空中の揺らぎ下でデコherence行動にどのように影響を及けるか？
• RQ3 二つの光モードと真空中の環境との間の結合における干渉効果は、デコherenceおよびもつれの減衰率をどのように変化させるか？
• RQ4 非マーカフ的ダイナミクスは、マーカフ的近似と比較して、もつれの解体をどの程度加速するか？
• RQ5 導出された正確なマスター方程式は、サブ・オームおよびスーパーオーム型を含む任意のスペクトル密度を持つ環境に対してもデコherenceを研究するのに用いることができるか？

主な発見

• 導出された非マーカフ的マスター方程式は正確かつ摂動論的でなく、環境の記憶効果を完全に反映する時間に依存する係数を有する。
• マスター方程式の時間に依存する係数における短時間ピークが、非マーカフ的ダイナミクスにおけるもつれの強化的解体の主因であると特定された。
• マーカフ的極限と比較して、非マーカフ的効果は、concurrence を用いた測定で、もつれ coherent 状態におけるもつれの減衰を加速することが分かった。
• デコherence行動はもつれ coherent 状態の対称性に強く依存しており、対称的および反対称的状態は異なるもつれの解体速度を示す。
• 二つの光モードと真空中の環境との間の結合における干渉は、異なるデコherenceパターンを生じさせ、結合の幾何学的配置が耐性に影響することを示している。
• 正確なマスター方程式は、異なる環境スペクトル密度に一般化可能であり、有限温度環境への応用も可能であることが、先行研究におけるもつれスリッピング状態への応用で示された。