[논문 리뷰] Single-mode nonclassicality measure from Simon-Peres-Horodecki criterion

Mehmet Emre Taşgın|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 03.

Mechanical and Optical Resonators인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 비정상성 기준(Simon-Peres-Horodecki 기준)을 활용하여 이중모드 분리성에 대한 단일모드 비고전성 측정법을 도입한다. 이 측정법은 ⟨â²⟩ 및 ⟨ↆâ⟩의 기대값만을 사용한다. 이 측정법은 가우시안 상태에서 필요조건이자 충분조건이며, 압축에 따라 증가하고, 초임계성 상전이의 임계 결합에서 점프를 보이며, 비고전성과 양자 상전이 사이의 직접적인 연결 고리를 제공한다.

ABSTRACT

Nonclassicality of a single-mode field is equivalent to the rank of two-mode entanglement this field generates at the output of a beam-splitter [Phys. Rev. A 89, 052302 (2014)]. We derive a measure for the nonclassicality of a single-mode field using the two-mode inseparability measure of Simon-Peres-Horodecki. Degree of the single-mode nonclassicality requires the knowledge of only $\langle \hat{a}^2 angle$ and $\langle\hat{a}^\dagger\hat{a} angle$. This condition/measure is both a necessary and sufficient condition for Gaussian single-mode states. We show that this measure increases with squeezing strength and display a jump at the critical coupling for a superradiant phase transition. Additionally, we derive a simple analytical condition, $|\langle \hat{a}^2 angle|>\langle\hat{a}^\dagger\hat{a} angle$, for nonclassicality from Duan-Giedke-Cirac-Zoller criterion. In a forthcoming study, we use the derived measure to show the following. Non-causal linear optical response of an optomechanical cavity emerges at the same critical cavity-mechanical coupling where output field becomes nonclassical.

연구 동기 및 목표

• 빔스플리터 변환을 통해 이중모드 양자상관과 연결되는 물리적으로 의미 있고 운영 가능한 단일모드 비고전성 측정법을 수립하기 위해.
• 두 번째 순서 모멘트만을 사용하여 가우시안 단일모드 상태에서 비고전성의 필요조건이자 충분조건을 유도하기 위해.
• 특히 초반사 시스템에서 비슷한 임계점 근처에서의 비고전성 행동을 분석하기 위해.
• 옵티모이커니컬 캐비티에서 비인과적 선형 광학 반응의 발생과 함께 비고전적 출력장이 나타나는 현상과의 연결 고리를 설정하기 위해.

제안 방법

• 입력 단일모드 상태에 빔스플리터가 작용하여 생성된 이중모드 출력 상태에 대해 Simon-Peres-Horodecki 기준을 적용하여 단일모드 비고전성 측정법을 유도하기 위해.
• 측정법을 ⟨â²⟩ 및 ⟨ↆâ⟩로만 표현하여 두 번째 순서 장 모멘트를 통해 직접 실험적으로 비고전성을 측정할 수 있도록 하기 위해.
• Duan-Giedke-Cirac-Zoller 기준을 사용하여 비고전성에 대한 단순한 해석적 조건 |⟨â²⟩| > ⟨ↆâ⟩를 유도하기 위해.
• 압축 강도 변화에 따른 측정법의 행동을 분석하고, 초반사 상전이의 임계 결합에서의 발산 또는 불연속성 여부를 확인하기 위해.
• 측정법을 적용하여 옵티모이커니컬 캐비티에서 비인과적 광학 반응을 예측하고, 비고전성과 양자 반응 함수 사이의 연결 고리를 설정하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 번째 순서 장 모멘트만을 사용하여 단일모드 비고전성을 어떻게 정량화할 수 있는가?
• RQ2 빔스플리터를 통한 이중모드 양자상관과 단일모드 비고전성 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ3 유도된 비고전성 측정법은 초반사 상전이의 임계 결합 점을 정확히 식별할 수 있는가?
• RQ4 비고전적 출력장의 발생은 옵티모이커니컬 시스템에서 비인과적 광학 반응과 연결될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 비고전성 측정법은 가우시안 단일모드 상태에서 필요조건이자 충분조건이며, ⟨â²⟩ 및 ⟨ↆâ⟩만을 기반으로 한다.
• 측정법은 압축 강도 증가에 따라 단조롭게 증가하며, 비고전적 성질의 증가를 반영한다.
• 초반사 상전이의 임계 결합에서 측정법의 불연속적 점프가 발생하며, 이는 양자 행동의 정성적 변화를 나타낸다.
• Duan-Giedke-Cirac-Zoller 기준을 사용하여 비고전성에 대한 단순한 해석적 조건 |⟨â²⟩| > ⟨ↆâ⟩를 도출하였다.
• 측정법은 비인과적 선형 광학 반응이 옵티모이커니컬 캐비티에서 정확히 비고전적 출력장이 나타나는 동일한 결합 강도에서 발생함을 예측한다.