[논문 리뷰] Quantum state engineering by alternate state displacement and photon adding

Mohammed Dakna, Jens Clausen외 2명|arXiv (Cornell University)|1998. 07. 31.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 빔 스플리터를 통한 조건부 이송과 광자 추가 작동을 번갈아 사용하여 단일 모드 복사장의 임의의 순수 양자 상태를 공 ing하는 방법을 제안한다. 원자 측정을 통한 비단위 연산 상태 붕괴를 활용함으로써, 초위상 상태의 초위상 상태와 같은 비고전적 상태를 확장 가능한 프레임워크에서 높은 제어성과 정밀도로 준비할 수 있다.

ABSTRACT

We show that alternate quantum-state displacement and photon adding via conditional measurement on beam splitters can be used for generating arbitrary pure quantum states of single-mode radiation. Designing of schemes for the generation of specific nonclassical quantum states has been a subject of increasing interest. The realization in the laboratory of schemes that have been already proposed, have been one of the most exciting challenges to the researchers. In [1] a method is proposed that offers the possibility of preparing a cavity-field mode undergoing a Jaynes-Cummings dynamics in any superposition of a finite number of Fock states in principle. The method is based on a non-unitary “collapse ” of the state vector of the cavity-field mode via atom ground-state measurement. Before entering the cavity and interacting with the cavity mode in a controlled way, the atoms are prepared in a well-defined superposition of two (Rydberg-)states. After leaving the cavity, the atoms enter a detector for measuring their energies. In this article we propose a scheme for the preparation of a radiation-field

연구 동기 및 목표

• 단일 모드 복사장에서 임의의 순수 양자 상태를 생성하기 위한 확장 가능하고 조건부 측정 기반의 방법을 개발한다.
• 기존 방법의 한계를 극복하여 초위상 상태의 초위상 상태를 고도로 제어 가능하게 준비할 수 있도록 한다.
• 빔 스플리터와 원자 검출을 이용한 실용적인 실험실에서 실현 가능한 비고전적 상태 생성 프로토콜을 제공한다.
• 공학된 원자 상태와 측정을 통해 제이너스-커밍스 유형의 동역학을 임의의 초위상 상태로 확장한다.

제안 방법

• 원자들이 라이드버그 상태의 초위상 상태에 준비된 상태에서 빔 스플리터 상호작용을 통해 복사장에 조건부 이송 작동을 적용한다.
• 원자 도립의 조건부 측정을 통해 광자 추가를 구현한다. 이는 캐비티 필드와의 상호작용 이후 이루어진다.
• 이 과정는 이송과 광자 추가 단계를 번갈아가며 반복적으로 복잡한 양자 상태를 구축한다.
• 원자 기저 상태를 측정함으로써 비단위 상태 붕괴를 유도하여 필드가 원하는 초위상 상태의 초위상 상태로 투영된다.
• 이 방법은 제어된 원자-장 상호작용과 원자 에너지 측정을 통한 후선별을 통해 목표 상태를 공학한다.
• 이론적 설계는 제이너스-커밍스 모델에 기반하며, 맞춤형 원자 입력 상태를 통해 임의의 초위상 상태를 허용하도록 확장된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 조건부 작동을 통해 단일 모드 복사장에서 임의의 초위상 상태의 초위상 상태를 준비할 수 있는가?
• RQ2 광자 추가와 이송을 어떻게 번갈아 사용하여 정밀한 양자 상태 공학을 달성할 수 있는가?
• RQ3 원자 상태 준비와 후선별이 비고전적 상태 생성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 현재의 캐비티 양자 전기역학 기술로 이 제안된 방법이 실험실에서 실현 가능한가?

주요 결과

• 이 방법은 이송과 광자 추가 작동을 반복 적용하여 단일 모드 복사장의 임의의 순수 양자 상태를 준비할 수 있다.
• 원자에 대한 조건부 측정을 통해 비단위 상태 붕괴가 가능하여 필드가 원하는 초위상 상태의 초위상 상태로 투영된다.
• 이 방법은 확장 가능하며 현재의 캐비티 QED 기술로 이론적으로 실현 가능하여 실험적 구현의 길을 열어준다.
• 초위상 상태의 라이드버그 상태 원자를 사용함으로써 고정밀도의 상태 준비와 필드 상태 제어가 가능하다.
• 이론적 분석은 이 방법이 슈뢰딩거 고양이 상태와 같은 비고전적 상태, 초위상 상태의 초위상 상태를 생성할 수 있음을 확인한다.