[논문 리뷰] Coherent control of steady state entanglement in driven cavity arrays

Dimitris G. Angelakis, Li Dai외 1명|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 11.

Mechanical and Optical Resonators인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 손실이 있는 드리븐 캐비티-원자 시스템의 배열에서, 고전적 드라이브 필드 간의 위상 차이를 조절하여 안정된 상태의 장거리 얽힘을 일관적으로 제어함을 보여준다. 고전적 펌프에도 불구하고 높은 얽힘을 달성할 수 있으며, 특히 쌍 간의 직접 결합이 제3자와의 개별 결합에 비해 훨씬 작을 경우에 특히 그렇다. 이는 파이버나 파이프웨이를 통해 장거리 양자 상관관계를 가능하게 한다.

ABSTRACT

We show that coherent control of the steady-state long-distance entanglement between pairs of cavity-atom systems in an array of lossy and driven coupled resonators is possible. The cavities are doped with atoms and are connected through wave guides, other cavities or fibers depending on the implementation. We find that the steady-state entanglement can be coherently controlled through the tuning of the phase difference between the driving fields. It can also be surprisingly high in spite of the pumps being classical fields. For some implementations where the connecting element can be a fiber, long-distance steady state quantum correlations can be established. Furthermore, the maximal of entanglement for any pair is achieved when their corresponding direct coupling is much smaller than their individual couplings to the third party. This effect is reminiscent of the establishment of coherence between otherwise uncoupled atomic levels using classical coherent fields. We suggest a method to measure this entanglement by analyzing the correlations of the emitted photons from the array and also analyze the above results for a range of values of the system parameters, different network geometries and possible implementation technologies.

연구 동기 및 목표

• 손실이 있고 드리븐된 캐비티-원자 어레이에서 안정된 상태 얽힘의 일관된 제어를 달성하기 위해.
• 소산에도 불구하고 고전적 드라이브 필드가 어떻게 높은 안정된 상태 얽힘을 생성할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 파이프웨이 또는 파이버를 연결 요소로 사용하여 네트워크화된 캐비티 시스템에서 장거리 양자 상관관계를 가능하게 하기 위해.
• 멀리 떨어진 캐비티 쌍 간의 얽힘을 최대화하는 최적의 결합 구성 조건을 규명하기 위해.
• 실험적 검증을 위해 측정 가능한 얽힘의 서명을 제안하기 위해.

제안 방법

• 고전적 외부 필드에 의해 드리븐되며 위상 차이를 조절할 수 있는 결합된 캐비티 어레이를 모델링하기 위해.
• 소산과 드라이브를 고려한 개방 양자 시스템 역학을 기술하기 위해 마스터 방정식 기법을 사용하기 위해.
• 캐비티 쌍의 감소된 밀도 행렬의 로그 음성으로 안정된 상태 얽힘을 분석하기 위해.
• 파이프웨이, 파이버 또는 직접 캐비티 결합을 캐비티 간 연결 요소로 사용하여 장거리 상관관계를 가능하게 하기 위해.
• 시스템에서의 얽힘 탐지를 위해 배열의 광자 방출 상관관계를 분석하는 측정 프로토콜을 설계하기 위해.
• 시스템 매개변수, 네트워크 기하학, 그리고 구현 기술을 체계적으로 변화시켜 탄력성과 확장 가능성 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 멀리 떨어진 캐비티-원자 시스템 간의 안정된 상태 얽힘을 고전적 드라이브 필드를 사용하여 일관되게 제어할 수 있는가?
• RQ2 드라이브 필드 간의 위상 차이가 안정된 상태 얽힘의 정도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 제3자를 통한 간접 결합이 캐비티 쌍 간의 얽힘을 최대화하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 파이프웨이 또는 파이버를 연결 요소로 사용하여 손실이 있는 캐비티 어레이에서 장거리 양자 상관관계를 설정할 수 있는가?
• RQ5 광자 방출에서 어떤 측정 가능한 서명을 통해 실험적으로 얽힘의 존재를 검증할 수 있는가?

주요 결과

• 고전적 드라이브 필드 간의 위상 차이를 조절하여 캐비티-원자 쌍 간의 안정된 상태 얽힘을 일관되게 제어할 수 있다.
• 일관된 인구 정지 효과 유사 현상 덕분에 고전적 펌프에도 불구하고 높은 수준의 얽힘이 달성될 수 있다.
• 쌍 간의 직접 결합이 제3자와의 개별 결합보다 훨씬 작을 경우 최대 얽힘이 발생하며, 이는 일관된 인구 정지 효과를 모방한다.
• 파이프웨이 또는 파이버와 같은 연결 요소를 사용할 경우 장거리 얽힘은 실현 가능하며, 어레이 전반에 걸쳐 양자 상관관계를 가능하게 한다.
• 광자 방출 상관관계는 시스템에서 안정된 상태 얽힘 탐지를 위한 실현 가능하고 측정 가능한 서명을 제공한다.
• 결과는 다양한 시스템 매개변수와 네트워크 기하학에 대해 탄력적이며, 다양한 구현 기술에서의 확장 가능성에 기여한다.