[論文レビュー] Sudden death and robustness of quantum discord and entanglement of two atoms in dissipative cavities in dispersive limit

Jian-Song Zhang, Chen Lin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2011

Quantum Information and Cryptography参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、分散的極限における別々の減衰するキャビティに結合された2つの二準位系原子における量子ディスコードおよびエンタングルメントのダイナミクスを調査する。マスター方程式を用いた解析により、短期間のうちに両者ともエンタングルメントの突然死（ESD）および量子ディスコードの突然死（DSD）が発生することが示されたが、長期的には両者の相関が存続することが観察された。特に、長期間にわたって持続するエンタングルメントは、長期間にわたって持続する量子ディスコードを上回ることがあり、この系においてデコherenceの下でエンタングルメントが量子ディスコードよりもより頑健である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The quantum dynamics of two entangled two-level atoms initially in extended Werner-like (EWL) states is studied. Each of the two atoms is located within an isolated and dissipative cavity. If the interaction time of atoms and cavities is not very long, the amount of quantum discord and entanglement between two atoms decreases as the system evolves. The sudden death of quantum discord and entanglement of two atoms occurs within a short interaction time. However, after a long interaction time, quantum discord and entanglement of two atoms could be partially preserved due to the long-lived nature of quantum discord and entanglement. Surprisingly, we find the amount of long-lived quantum discord could be smaller than that of long-lived entanglement. Thus, entanglement may be more robust than quantum discord against decoherence.

研究の動機と目的

• 減衰するキャビティに結合された2つの原子における量子ディスコードおよびエンタングルメントの短期的および長期的ダイナミクスを調査すること。
• エンタングルメントの突然死（ESD）が観測される系において、量子ディスコードの突然死（DSD）が発生するかどうかを特定すること。
• 初期状態の純度（パrameter p でパラメータライズド）が量子相関の長期的存続に与える影響を検討すること。
• キャビティ誘発デコherenceに対して、量子ディスコードとエンタングルメントの頑健性を比較すること。
• キャビティの減衰が量子相関の生成および維持に与える影響を調査すること。

提案手法

• 摂動理論を用いて導出されたハミルトニアンを用い、空間的に分離された減衰するキャビティに配置された2つの二準位系原子を、分散近似の下でモデル化する。
• オープン量子系のダイナミクスを記述するため、マスター方程式アプローチを用い、減衰率γを有する超演算子𝒟を用いてキャビティの崩壊を組み込む。
• 純度パrameter p を用いたWerner状態で原子系を初期化し、キャビティをコherent状態（α = 0.5 または 1）に設定する。
• スケーリング時間Ωtおよび減衰率γ/Ωの関数として、量子ディスコードおよびconcurrence（エンタングルメントの尺度）を計算する。
• 数値シミュレーションを実施し、短期間の減衰（ESDおよびDSDを含む）および長期的漸近的挙動を分析する。
• 初期純度の異なる状態（p = 0.5 および p = 0.8）を比較することで、初期状態の依存性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エンタングルメントの突然死（ESD）が観測される系において、量子ディスコードの突然死（DSD）が発生するか？
• RQ2 原子状態の初期純度（p）が、量子ディスコードおよびエンタングルメントの長期的存続に与える影響は何か？
• RQ3 減衰するキャビティQED系において、量子ディスコードはエンタングルメントよりも頑健か？
• RQ4 キャビティの減衰は、デコherenceの原因であるにもかかわらず、量子ディスコードの持続に建設的な役割を果たす可能性があるか？
• RQ5 漸近的極限（t → ∞）において、長期的に存続する量子ディスコードとエンタングルメントの相対的な大きさは何か？

主な発見

• 相互作用時間が非常に長くない場合の短期的ダイナミクスにおいて、エンタングルメントの突然死（ESD）および量子ディスコードの突然死（DSD）が両方とも発生する。
• p = 0.5 の場合、長期的に存続する量子ディスコードは長期的に存続するエンタングルメントを上回り、先行研究と整合的である。
• p = 0.8 の場合、長期的に存続するエンタングルメントは長期的に存続する量子ディスコードを上回り、デコherenceの下でエンタングルメントがディスコードよりも頑健である可能性を示唆している。
• 量子ディスコードおよびエンタングルメントの両方が長期的に存続することが観察され、キャビティの減衰にもかかわらず部分的な保存が確認された。
• キャビティの減衰は、図3で示されるように、特定の条件下で量子ディスコードの持続、さらには増加を促進する建設的役割を果たす可能性がある。
• エンタングルメントとディスコードの相対的頑健性は一貫したものではなく、初期状態の純度pに強く依存しており、ディスコードの耐性に関する一般化された主張に疑問を呈している。