[논문 리뷰] Entanglement with phase decoherence

Xu Jingbo, Shangbin Li|arXiv (Cornell University)|2003. 03. 05.

Photonic and Optical Devices인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 단일 두 수준 원자와 두 개의 광학 공진기 사이의 얽힘 생성을 단계 위상 비편재성 하에서 동적 대수적 방법을 사용하여 조사한다. 얽힘은 디튜닝 매개변수를 조절함으로써 제어 가능하며, 놀랍게도 초기에 진공 모드인 두 개의 공진기 사이에도 최대 혼합 원자 상태가 여전히 얽힘을 유도할 수 있음을 보여주며, 공진 조건에서는 정적 얽힘 값이 1/2에 도달한다.

ABSTRACT

The system of an atom couples to two distinct optical cavities with phase decoherence is studied by making use of a dynamical algebraic method. We adopt the concurrence to characterize the entanglement between atom and cavities or between two optical cavities in the presence of the phase decoherence. It is found that the entanglement between atom and cavities can be controlled by adjusting the detuning parameter. Finally, we show that even if the atom is initially prepared in a maximally mixed state, it can also entangle the two mode cavity fields.

연구 동기 및 목표

• 위상 비편재성 하에서 두 원자-공진기 시스템의 얽힘 동역학을 연구하기 위해.
• 원자가 초기에 최대 혼합 상태에 있을 경우에도 얽힘을 생성할 수 있는지 탐구하기 위해.
• 디튜닝 매개변수의 변화가 원자와 공진기 모드 사이의 얽힘에 어떻게 영향을 주는지 조사하기 위해.
• 원자와 공진기 사이 또는 두 개의 공진기 모드 사이의 얽힘 정도를 콘쿠르런스를 통해 특성화하기 위해.

제안 방법

• 두 개의 서로 다른 결합 강도를 가진 두 개의 광학 공진기에 결합된 두 수준 원자를 기술하는 해밀토니안을 사용하여 시스템을 모델링한다.
• 위상 비편재성 하에서 마스터 방정식을 해결하기 위해 SU(2) 생성자 기반의 동적 대수적 방법을 적용한다.
• 지수 연산자 전개를 사용하여 마스터 방정식을 형식적으로 해결함으로써 밀도 행렬의 정확한 시간 진화를 도출한다.
• 원자와 공진기 사이 또는 두 개의 공진기 모드 사이의 얽힘 정도를 측정하기 위해 콘쿠르런스를 사용한다.
• 원자 자유도를 적분하여 공진기 모드의 감소된 밀도 행렬을 유도한다.
• 콘쿠르런스에 대한 해석적 표현을 유도하며, 이는 시간에 따라 변하는 행동과 정적 행동을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위상 비편재성이 존재하는 조건에서 디튜닝 매개변수를 조절함으로써 원자와 공진기 모드 사이의 얽힘을 제어할 수 있는가?
• RQ2 원자가 초기에 최대 혼합 상태에 있을 경우에도 두 개의 광학 공진기 사이에 얽힘을 형성할 수 있는가?
• RQ3 위상 비편재성이 두 공진기 모드 사이의 얽힘 동역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 위상 비편재성 하에서 두 공진기 모드 사이에 도달할 수 있는 최대 정적 얽힘은 얼마인가?

주요 결과

• 원자와 공진기 사이의 얽힘은 디튜닝 매개변수 Δ를 통해 제어 가능하며, 공진 조건에서 최대 얽힘 상태에 도달한다.
• 원자가 초기에 최대 혼합 상태에 있어도 두 공진기 모드 사이의 얽힘을 형성할 수 있으며, Δ = 0 이고 g_a = g_b 인 경우 정적 콘쿠르런스 값은 1/4이다.
• γ = 0 인 특정 시점에서는 두 공진기 모드 사이의 콘쿠르런스가 0이지만, γ > 0 인 경우 비제로이고 시간에 따라 변하는 값으로 나타나 지속적인 얽힘을 의미한다.
• 공진 조건(Δ = 0)에서 동일한 결합 강도를 가질 경우 두 공진기 모드 사이의 정적 얽힘은 최대값 1/2에 도달한다.
• 특정 시간 간격 동안 위상 비편재성 비율 γ가 증가할수록 두 공진기 모드 사이의 얽힘도 증가하며, 일반적인 비편재 효과와는 반대되는 경향을 보인다.
• 공진기-공진기 얽힘의 콘쿠르런스는 C_B = (4|g_a g_b| / Ω²) [1 - cos(Ωt) exp(-γt Ω² / 2)]로 주어지며, 이는 결합 및 비편재 매개변수에 명시적인 의존성을 보인다.