[論文レビュー] Quantum correlations under the effect of a thermal environment in a triangular optomechanical cavity

Oumayma El Bir, M. El Baz|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2020

Mechanical and Optical Resonators参考文献 51被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、熱雑音下における二つの可動ミラーを有する三角形状のオプトメカニカルキャビティにおける量子相関—もつれ、ガウス型量子ディスコード、相互情報量—を調査する。線形化量子ランジュバン方程式と共分散行列形式を用いて、もつれ（対数的ネガティビティで測定）は温度およびミラー質量の上昇に伴い劣化するが、量子ディスコードはもつれの発現以降も存続し、分離状態においても頑健な非古典的相関が存在することを示している。

ABSTRACT

We quantify the stationary correlations between the optical mode and the relative mechanical mode of a ring cavity composed of a fixed mirror and two movable ones in a triangular design. The bipartite covariance matrix, is used to evaluate the logarithmic negativity as a measure of entanglement, the Gaussian quantum discord as a measure of total quantum correlations and the mutual information as a measure of the overall correlations. The behaviour of these quantities with respect to the environment's temperature as well as other parameters such as the laser pumping power and mass of the movable mirrors is discussed.

研究の動機と目的

• 二つの可動ミラーと一つの固定ミラーを有するリング型オプトメカニカルキャビティにおける定常状態の量子相関を分析すること。
• 特に、環境の熱的影響下における量子相関—特にもつれと量子ディスコード—の頑健性を定量化すること。
• レーザー出力、ミラー質量、温度が量子相関の持続性に与える影響の相乗的関係を調査すること。
• ガウス状態における量子相関の尺度としての対数的ネガティビティによるもつれと量子ディスコードおよび相互情報量の比較を行うこと。
• 量子ディスコードがもつれの閾値を超えて存続することを示し、非古典的相関のより頑健な尺度としての役割を提示すること。

提案手法

• 可動ミラーが二つで固定ミラーが一つのリングキャビティとして系をモデル化し、コherentレーザー源で駆動する。
• 放射圧によるオプトメカニカル結合を含むハミルトニアンを導出する。機械的モードの次元なし位置および運動量演算子を用いる。
• 線形化量子ランジュバン方程式を解き、光モードと相対的機械モードの定常状態二粒子共分散行列を求める。
• 共分散行列のシミレティック固有値を用いて、対数的ネガティビティを計算し、もつれの尺度とする。
• 共分散行列の要素関数とシミレティック固有値を含む式を用いて、ガウス型量子ディスコードを計算する。
• 古典的および量子的相関の和として相互情報量を評価し、全相関の尺度を提供する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境温度を上昇させると、三角形状のオプトメカニカルキャビティにおける定常状態のもつれはどのように変化するか？
• RQ2 レーザー励起出力は、もつれの熱的頑健性にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 熱雑音によりもつれが消失しても、量子ディスコードは系内で存続可能か？
• RQ4 可動ミラーの質量は、温度上昇に伴う量子相関の劣化にどのように影響するか？
• RQ5 有効なデチューニング ∆/ωm と関連して、相互情報量、量子ディスコード、もつれはどのようにスケーリングするか？

主な発見

• 対数的ネガティビティ（もつれ）は、温度およびミラー質量の上昇に伴い減少し、P = 4 mW の場合 T ≈ 4.5 mK、P = 10 mW の場合 T ≈ 9 mK で消滅する。
• ガウス型量子ディスコードはもつれの閾値を超えて非ゼロのまま残り、もつれが失われた後でも熱雑音に対して頑健であることが示された。
• 相互情報量と量子ディスコードは ∆ ≈ ωm 付近でピークを示し、デチューニングが増加するにつれて減少し、共鳴状態で相関生成が最適であることを示している。
• 固定デチューニング条件下では、相互情報量は常に量子ディスコードを上回り、相互情報量が古典的および量子的相関を含むことを確認している。
• 系は分離状態においても非ゼロの量子ディスコードを示しており、量子ディスコードがもつれを超えた相関を捉えていることを確認している。
• 共分散行列形式を用いることで、ガウス状態の完全な特徴付けが可能となり、熱デコherence下でのもつれ、ディスコード、全相関の正確な定量が可能となった。