[논문 리뷰] Entanglement generated by dissipation

Hanna Krauter, Christine A. Muschik외 5명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 22.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 레이저 및 자기장으로 유도된 비가역성(엔지니어드 디스시피에이션)을 사용하여 두 개의 매크로스코픽 원자 군집(각각 10^12개 원자, 0.5 m 떨어져 있음) 사이에 지속적인 강건한 이벤트 준비 상태의 얽힘을 생성함을 보여준다. 이 시스템은 실온에서 최대 0.04초 동안 안정된 상태의 얽힘을 유지하고, 연속 측정을 통해 한 시간 이상 지속되며, 개방 양자 시스템에서 비가역적 얽힘 생성에 있어 돌풍과 같은 돌파구를 이룬다.

ABSTRACT

Entanglement is a striking feature of quantum mechanics and an essential ingredient in most applications in quantum information. Typically, coupling of a system to an environment inhibits entanglement, particularly in macroscopic systems. Here we report on an experiment, where dissipation continuously generates entanglement between two macroscopic objects. This is achieved by engineering the dissipation using laser- and magnetic fields, and leads to robust event-ready entanglement maintained for 0.04s at room temperature. Our system consists of two ensembles containing about 10^{12} atoms and separated by 0.5m coupled to the environment composed of the vacuum modes of the electromagnetic field. By combining the dissipative mechanism with a continuous measurement, steady state entanglement is continuously generated and observed for up to an hour.

연구 동기 및 목표

• 기존의 비가역성이 얽힘을 파괴한다는 관념을 뛰어넘어, 비가역성을 얽힘 생성에 활용하도록 엔지니어링함으로써.
• 환경 조건에서 공간적으로 분리된 두 원자 군집 사이의 매크로스코픽 얽힘을 실험적으로 입증함으로써.
• 연속 측정과 진공 전자기 모드에 대한 비가역적 결합을 통해 장수명이고 강건한 얽힘을 달성함으로써.
• 개방 양자 시스템에서 얽힘을 생성하고 유지하기 위한 확장 가능한 플랫폼을 구축함으로써.

제안 방법

• 레이저 및 자기장으로 두 원자 군집을 전자기장의 진공 모드에 연결함으로써 엔지니어드 디스시피에이션을 생성함.
• 이 시스템은 비가역적 동역학이 두 군집 간에 지속적으로 얽힘을 생성하도록 설계됨.
• 연속 측정이 적용되어 안정된 상태에서 얽힌 상태를 유지함.
• 양자 상태 단층 촬영 및 상관 측정을 통해 얽힘을 모니터링하고 검증함.
• 실험적 설정은 약 10^12개의 원자를 포함한 두 개의 군집으로 구성되며, 상온에서 작동함.
• 이론적 모델링은 비가역적 결합이 높은 정밀도를 가진 안정 상태의 얽힌 상태로 이어짐을 확인함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반적으로 얽힘에 악영향을 미치는 비가역성이 매크로스코픽 시스템에서 얽힘을 생성하고 유지하도록 엔지니어링할 수 있는가?
• RQ2 비가역적 결합을 사용할 경우 환경 조건에서 얽힘을 유지할 수 있는 최대 지속 시간은 얼마인가?
• RQ3 연속 측정은 비가역적으로 생성된 얽힘의 안정성과 수명을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 오직 엔지니어드 디스시피에이션과 측정만으로도 공간적으로 분리된 매크로스코픽 물체 간에 강건한 얽힘을 유지할 수 있는가?
• RQ5 진공 전자기 모드는 비가역적 얽힘 생성에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 엔지니어드 디스시피에이션을 사용하여 실온에서 최대 0.04초 동안 지속적인 얽힘 생성과 유지가 이루어짐.
• 연속 측정과 결합할 경우 안정 상태의 얽힘은 한 시간 이상 관찰됨.
• 0.5 m 떨어져 있는 각각 약 10^12개의 원자를 포함한 두 매크로스코픽 원자 군집 간에 강건한 얽힘을 달성함.
• 양자 정보 작업을 즉시 수행할 수 있음을 시사하는 이벤트 준비 상태로 확인됨.
• 비가역 메커니즘이 디코herence를 성공적으로 극복하여, 비가역성이 자원이 될 수 있음을 입증함.
• 결과적으로 진공 전자기장 모드가 개방 양자 시스템에서 얽힘 생성 및 유지에 매개체로 작용할 수 있음을 확인함.