[論文レビュー] Steerability of Quantum Coherence in Accelerated Frame

Debasis Mondal, Chiranjib Mukhopadhyay|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、質量のないスカラー場と相互作用する2つの加速度を持つ原子における量子コherー二ンスのスティアリング可能性を調査し、加速度や初期状態に応じてスティアリング誘発コヒーレンスが出現し変化することを示しているが、重力的制約のため、平衡状態のコヒーレンスはいかなる条件下でもスティアリング不可能である。$l_1$-ノルムコヒーレンスとスティアリング可能性の基準を用いて、研究は重力がコヒーレンスのスティアリングを禁止することを証明しており、エンタングルメントやスティアリング誘発コヒーレンスが存在する場合でさえも同様である。

ABSTRACT

The interplay between steering and quantum coherence is studied in a scenario, where two atoms move through an external massless scalar field. We show that just like entanglement, the steering induced coherence of the equilibrium state may increase or decrease with acceleration depending on the initial condition of the state. We also investigate the condition for coherence steerability - as opposed to simple state steerability. Interestingly, we find that the quantum coherence of the equilibrium state cannot be steered, even when the steering induced coherence is non-zero. We argue that under any condition, gravity prohibits the coherence steering of the equilibrium state.

研究の動機と目的

• 加速する原子を含む相対論的量子状況における量子コヒーレンスとスティアリングの相乗的相互作用を調査すること。
• 2つの加速する原子の平衡状態における量子コヒーレンスが、遠く離れた粒子に対する測定によってスティアリング可能かどうかを特定すること。
• 重力、加速度、初期状態の条件がコヒーレンスのスティアリング可能性を促進または禁止する役割を検討すること。
• スティアリング誘発コヒーレンスとコヒーレンスのスティアリング可能性を比較し、それらの物理的意味の相違を明確にすること。

提案手法

• スピン1/2の2つの原子を、質量のないスカラー場を介して一様に加速するモデルを構築し、真空との相互作用をUnruh効果を用いて記述する。
• 弱い結合近似におけるマスター方程式のアプローチを用いて、2原子系の平衡密度行列を導出する。
• 測定後の条件付き状態におけるコヒーレンスを定量化するために、$l_1$-ノルムコヒーレンス測度 $C^{l_1} = \sum_{i \neq j} |\rho_{ij}|$ を適用する。
• [steerability] からのコヒーレンスのスティアリング可能性基準を用い、3つの相互に偏位のない基底におけるコヒーレンスの和が $\sqrt{6}$ を超える必要がある。
• 加速度、初期状態パラメータ、境界条件を変化させながら、数値的にコヒーレンスのスティアリング可能性条件を評価する。
• 有限な距離と反射境界の影響がスティアリング誘発コヒーレンスおよびコヒーレンスのスティアリング可能性に与える影響を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの加速する原子の平衡状態における量子コヒーレンスは、1つの粒子に対する局所的測定によってスティアリング可能か？
• RQ2 加速度は2原子系におけるスティアリング誘発コヒーレンスの出現にどのように影響するか？
• RQ3 境界の存在や原子間の有限な距離がコヒーレンスのスティアリング可能性に影響を与えるか？
• RQ4 スティアリング誘発コヒーレンスが非ゼロであっても、コヒーレンスのスティアリング可能性が可能な領域は存在するか？
• RQ5 等価原理が示唆するように、重力はコヒーレンスのスティアリング可能性を制限する役割を果たすのか？

主な発見

• 平衡状態のコヒーレンスは、いかなる初期状態や加速度の条件下でもスティアリング不可能であり、コヒーレンスのスティアリング可能性条件 $f(\tau,R) > \sqrt{6}$ が満たされないためである。
• スティアリング誘発コヒーレンスは非ゼロであり、初期状態と加速度に依存しており、その値がゼロになる有限の加速度値（「スティアリングノード」と呼ばれる）が存在する。
• 大きな加速度および長い時間の下で、スティアリング誘発コヒーレンスは定数に漸近的に近づき、安定な相関領域を示している。
• 完全にエンタングルされた初期状態や有限な距離がある場合でも、コヒーレンスのスティアリング可能性は達成不可能であり、根本的な制限である。
• 境界や有限な距離の存在はコヒーレンスのスティアリング可能性を可能にせず、数値的に $\frac{x_3}{1+x_1} > \sqrt{6}$ の条件も満たされない。
• 結果から、等価原理による重力が、この相対論的設定における量子コヒーレンスの非局所的スティアリングを根本的かつ本質的に禁止していることが示唆される。