[논문 리뷰] Bright tripartite entanglement in triply concurrent parametric down conversion

Ashton S. Bradley, M. K. Olsen외 2명|arXiv (Cornell University)|2005. 05. 18.

Quantum Information and Cryptography인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 임계값을 초과할 때 세 개의 매크로스코픽 광학 비드 간에 강한 삼중 엔트레인지먼트를 생성하기 위해 동시적인 $χ^{(2)}$ 비선형성을 이용한 새로운 내부광학 장치를 제안한다. 이는 삼중 모드 아이ン스타인-포돌스키-로젠 Paradox를 실현하기 위한 두 가지 독립적인 경로를 보여주며, 매크로스코픽 다중입자 양자 엔트레인지먼트를 생성하고 연구하는 데 새로운 길을 열어준다.

ABSTRACT

We show that an intracavity optical device which utilises concurrent $\\chi^{(2)}$ nonlinearities can produce output beams which exhibit strong tripartite entanglement. Above threshold a significant degree of entanglement is predicted for beams with macroscopic intensities. We also demonstrate two independent ways that the system can exhibit a three mode form of the Einstein-Podolsky-Rosen paradox.

연구 동기 및 목표

• 동시적인 비선형 과정을 이용한 광학 시스템에서 강한 다중입자 엔트레인지먼트 생성을 탐색하기 위해.
• 다중 동시 $χ^{(2)}$ 비선형성이 매크로스코픽 세기에서 삼중 엔트레인지먼트를 생성할 수 있는지 조사하기 위해.
• 이러한 시스템에서 삼중 모드 형태의 아이인스타인-포돌스키-로젠 파라독스 존재를 입증하기 위해.
• 제안된 설정에서 삼중 모드 EPR 파라독스를 가능하게 하는 두 가지 독립된 메커니즘을 규명하고 분석하기 위해.

제안 방법

• 세 개의 서로 다른 모드가 동시적인 $χ^{(2)}$ 비선형성에 의해 결합된 내부광학 구성 구조를 사용한다.
• 동시적인 파라메트릭 다운컨버전 전 과정을 기술하는 양자광학 해밀토니안을 사용하여 시스템을 모델링한다.
• 삼중 엔트레인지먼트를 정량화하기 위해 양자 상관 함수를 사용하여 출력 상태의 성질을 분석한다.
• 삼중 모드 시스템에 대한 아이인스타인-포돌스키-로젠 파라독스 기준을 적용하여, 파라독스가 나타나는 두 가지 별개의 구성이 식별된다.
• 시스템의 임계값 행동을 고려하여, 상한 이하에서 상당한 엔트레인지먼트가 발생함을 보여준다.
• 매크로스코픽 비드 세기와 그들의 엔트레인지먼트 성격을 기술하기 위해 양자장 이론 기법을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 내부광학 설정에서 동시적인 $χ^{(2)}$ 비선형성이 매크로스코픽 광학 비드에서 강한 삼중 엔트레인지먼트를 생성할 수 있는가?
• RQ2 시스템은 삼중 모드 형태의 아이인스타인-포돌스키-로젠 파라독스를 어떻게 나타내는가?
• RQ3 이 시스템에서 삼중 모드 EPR 파라독스를 실현할 수 있는 다수의 독립된 메커니즘이 존재하는가?
• RQ4 임계값 작동은 출력 비드에서 상당한 엔트레인지먼트를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 시스템은 임계값을 초과할 때 매크로스코픽 세기의 세 개의 출력 비드에서 강한 삼중 엔트레인지먼트를 생성한다.
• 시스템이 삼중 모드 형태의 아이인스타인-포돌스키-로젠 파라독스를 실현하는 두 가지 독립적인 구성이 규명된다.
• 엔트레인지먼트는 단일 광학 공진기 내에서 동시적인 $χ^{(2)}$ 비선형 과정을 통해 생성된다.
• 이론적 분석은 관측된 엔트레인지먼트가 고강도에서 강건하고 정량적으로도 의미 있는 것으로 확인된다.