[論文レビュー] Tuneable interacting bosons for relativistic and quantum information processing

Chester Moore, David Edward Bruschi|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2016

Quantum Information and Cryptography参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、滑らかなスイッチングを伴う時間依存二モードスクリーチングハミルトニアン下での二モード相互作用ボソンの時間発展について、解析的解を導出する。粒子数、もつれ、エネルギー変化の正確な式が明らかになり、量子情報および相対論的量子系における正確な制御が可能になる。

ABSTRACT

We study the full time evolution of a system of two modes of a bosonic quantum field that interact through quadratic hamiltonians. We specialise to a time dependent two-mode squeezing Hamiltonian where the coupling is switched on and off smoothly. We find the analytical solutions to the time evolution after the interaction is turned off, which apply to arbitrary coupling functions. We investigate the final state of the system and compute all physically relevant quantities, such as average particle number, entanglement and change in energy. Our techniques can be applied to a wide range of scenarios, which include implementations of time dependent two-mode squeezing, coupled harmonic oscillators, harmonic oscillators coupled to light. Furthermore, these techniques can be extended to more complicated time-dependent quadratic Hamiltonians. We briefly discuss possible applications within the area of relativistic and quantum information.

研究の動機と目的

• 時間依存二次ハミルトニアン下での二モードボーロン系の完全な時間発展をモデル化すること。
• 相互作用を切った後も任意の結合関数に適用可能な正確な解析的解を導出すること。
• 平均粒子数、もつれ、エネルギー変化などの主要な物理量を計算すること。
• カップルド調和振動子や光物質相互作用などの系へのこの手法の広範な適用可能性を示すこと。
• 相対論的および量子情報処理分野における応用可能性を検討すること。

提案手法

• 滑らかなオンオフスイッチングを伴う時間依存二モードスクリーチングハミルトニアンを用いる。
• 任意の結合関数に対して時間発展方程式を解析的に解く。
• 量子光学および時間依存二次ハミルトニアンの技術を応用して、正確な最終状態の式を導出する。
• 導出された時間発展状態を用いて物理的観測量の期待値を計算する。
• 二モードスクリーチングを超えるより複雑な時間依存二次ハミルトニアンへとフレームワークを拡張する。
• 標準的な量子場理論およびボソン演算子形式を用いて、系のダイナミクスをモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 任意の結合関数を伴う時間依存二モードスクリーチングハミルトニアン下で、系はどのように時間発展するか？
• RQ2 相互作用を切った後、粒子数、もつれ、エネルギー変化の正確な式は何か？
• RQ3 解析的解は、カップルド調和振動子や光物質結合などの他の系へどのように一般化できるか？
• RQ4 結合定数の滑らかなスイッチングが物理的にどのような意味を持つのか？
• RQ5 相対論的および量子情報処理分野における潜在的応用は何か？

主な発見

• 相互作用を切った後も、任意の結合関数に適用可能な正確な解析的解が導出された。
• 系の最終状態が完全に特徴づけられ、平均粒子数、もつれ、エネルギー変化が含まれる。
• もつれと粒子数は、結合関数の形状と持続時間に明示的に依存する。
• この手法は、カップルド調和振動子や光物質相互作用などの系へ広く適用可能である。
• フレームワークは、より複雑な時間依存二次ハミルトニアンへと拡張可能である。
• 結果は、量子情報および相対論的量子系における正確な制御の基盤を提供する。