[논문 리뷰] Steerability of Quantum Coherence in Accelerated Frame

Debasis Mondal, Chiranjib Mukhopadhyay|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 26.

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 질량이 없는 스칼라 장과 상호작용하는 두 가속화된 원자에서 양자 위상 일관성의 조정 가능성에 대해 연구하며, 가속도와 초깃값에 따라 조정에 의해 유도된 위상 일관성이 나타나고 변화할 수 있지만, 중력적 제약으로 인해 평형 상태의 위상 일관성은 어떤 조건에서도 조정될 수 없다고 보여준다. $l_1$-노름 위상 일관성과 조정 가능성 기준을 사용하여, 연구는 중력이 조정 가능한 위상 일관성을 금지함을 증명한다. 이는 양자 얽힘과 조정에 의해 유도된 위상 일관성이 존재하더라도 마찬가지다.

ABSTRACT

The interplay between steering and quantum coherence is studied in a scenario, where two atoms move through an external massless scalar field. We show that just like entanglement, the steering induced coherence of the equilibrium state may increase or decrease with acceleration depending on the initial condition of the state. We also investigate the condition for coherence steerability - as opposed to simple state steerability. Interestingly, we find that the quantum coherence of the equilibrium state cannot be steered, even when the steering induced coherence is non-zero. We argue that under any condition, gravity prohibits the coherence steering of the equilibrium state.

연구 동기 및 목표

• 가속화된 원자로 구성된 상대론적 양자 상황에서 양자 위상 일관성과 조정 가능성 간의 상호작용을 조사하기 위해.
• 두 가속화된 원자의 평형 상태에서의 양자 위상 일관성이 원거리 입자에 대한 측정을 통해 조정될 수 있는지 결정하기 위해.
• 중력, 가속도, 초깃값 조건이 위상 일관성 조정 가능성의 가능성을 증가시키거나 금지시키는 데 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 조정에 의해 유도된 위상 일관성과 위상 일관성 조정 가능성 간의 비교를 통해 그들의 물리적 의미의 차이를 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 무질량 스칼라 장 속에서 등가속도를 받는 스핀-1/2 원자 두 개를 모델링하고, 진공과의 상호작용을 기술하기 위해 언루 효과를 사용한다.
• 약한 결합 근사에서 마스터 방정식 접근법을 사용하여 두 원자 시스템의 평형 밀도 행렬을 유도한다.
• 측정 이후 조건부 상태에서의 위상 일관성을 정량화하기 위해 $l_1$-노름 위상 일관성 측정법 $C^{l_1} = \sum_{i \neq j} |\rho_{ij}|$ 를 적용한다.
• 세 상호수정 기저에서의 위상 일관성 합이 $\sqrt{6}$ 를 초과해야 하는 [steerability]에서 제시된 위상 일관성 조정 가능성 기준을 사용한다.
• 가속도, 초깃값 파rameter, 경계 조건을 다양하게 하여 위상 일관성 조정 가능성 조건을 수치적으로 평가한다.
• 유한한 간격과 반사 경계의 영향을 조정에 의해 유도된 위상 일관성과 위상 일관성 조정 가능성에 미치는 영향을 조사한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 가속화된 원자의 평형 상태에서의 양자 위상 일관성이 한 입자에 대한 국소 측정을 통해 조정될 수 있는가?
• RQ2 가속도는 두 원자 시스템에서 조정에 의해 유도된 위상 일관성의 발생에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 경계의 존재나 원자 간의 유한한 간격이 위상 일관성 조정 가능성에 영향을 미치는가?
• RQ4 조정에 의해 유도된 위상 일관성이 비영일 경우에도 위상 일관성 조정 가능성의 가능성이 있는 영역가 존재하는가?
• RQ5 등가원리에 따르면 중력은 위상 일관성 조정 가능성 제한에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 모든 초깃값 조건과 가속도 조건에서 평형 상태의 위상 일관성은 조정될 수 없으며, 위상 일관성 조정 가능성 조건 $f(\tau,R) > \sqrt{6}$ 는 만족되지 않는다.
• 조정에 의해 유도된 위상 일관성은 비영이며, 초깃값과 가속도에 따라 달라지며, 특정 유한한 가속도 값에서 사라지는 '조정 노드(Steering Nodes)'로 간주된다.
• 높은 가속도와 긴 시간에 이르면 조정에 의해 유도된 위상 일관성은 점점 일정한 값에 수렴하여 안정된 상관관계 영역을 나타낸다.
• 완전히 얽힌 초깃값이나 유한한 간격이 있더라도 위상 일관성 조정 가능성은 여전히 이룰 수 없으며, 이는 근본적인 제한을 의미한다.
• 경계나 유한한 간격이 존재하더라도 위상 일관성 조정 가능성은 실현되지 않으며, 수치적으로 $\frac{x_3}{1+x_1} > \sqrt{6}$ 조건은 만족되지 않는다.
• 결과는 등가원리에 따라 중력이 이 상대론적 설정에서 양자 위상 일관성의 비국소적 조정을 근본적으로 금지함을 시사한다.