[논문 리뷰] Sudden death and robustness of quantum discord and entanglement of two atoms in dissipative cavities in dispersive limit

Jian-Song Zhang, Chen Lin외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 28.

Quantum Information and Cryptography참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 분산 한계에서 별도의 소산성 공진자에 결합된 두 개의 두 수준 원자에서 양자 어둠과 양자 얽힘이 어떻게 진동하는지 분석한다. 마스터 방정식 접근법을 사용하여, 짧은 기간 동안은 둘 다 뚜렷한 얽힘 상실(ESD)과 양자 어둠 상실(DSD)이 발생할 수 있음을 보여주지만, 장기적으로는 둘 다 유지됨을 확인한다. 핵심적으로, 장기적으로 지속되는 얽힘은 장기적으로 지속되는 양자 어둠을 초월할 수 있으며, 이는 이 시스템에서 이산화에 의한 손실에 비해 얽힘이 더 견고할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The quantum dynamics of two entangled two-level atoms initially in extended Werner-like (EWL) states is studied. Each of the two atoms is located within an isolated and dissipative cavity. If the interaction time of atoms and cavities is not very long, the amount of quantum discord and entanglement between two atoms decreases as the system evolves. The sudden death of quantum discord and entanglement of two atoms occurs within a short interaction time. However, after a long interaction time, quantum discord and entanglement of two atoms could be partially preserved due to the long-lived nature of quantum discord and entanglement. Surprisingly, we find the amount of long-lived quantum discord could be smaller than that of long-lived entanglement. Thus, entanglement may be more robust than quantum discord against decoherence.

연구 동기 및 목표

• 소산성 공진자에 결합된 두 원자에서의 양자 어둠과 얽힘의 단기 및 장기적 동역학을 조사하기.
• 얽힘 급격한 상실(ESD)이 존재하는 시스템에서 양자 어둠 급격한 상실(DSD)이 발생하는지 여부를 규명하기.
• 초기 상태의 순도(매개변수 p로 표현됨)가 양자 상관관계의 장기적 유지에 미치는 영향을 검토하기.
• 공진자 유도 소산에 의한 양자 어둠과 얽힘의 견고성 비교하기.
• 공진자 소산이 양자 상관관계의 생성과 유지에 미치는 영향 탐색하기.

제안 방법

• 분산 근사에 따라 공간적으로 분리된 소산성 공진자에 놓인 두 개의 두 수준 원자 모델링. 해밀토니안은 섭동 이론을 통해 유도됨.
• 개방 양자 시스템의 동역학을 기술하기 위해 마스터 방정식 접근법 사용. 공진자 감쇠는 감쇠율 γ를 갖는 초연산자 𝒟를 통해 포함됨.
• 원자 시스템을 순도 매개변수 p를 가진 워너 상태로 초기화하고, 공진자는 코herent 상태(α = 0.5 또는 1)로 설정함.
• 스케일된 시간 Ωt와 감쇠율 γ/Ω에 대한 양자 어둠과 콕셔너스(얽힘 측정) 계산.
• 수치 시뮬레이션을 수행하여 단기 감쇠(ESD 및 DSD 포함)와 장기적 점근적 행동 분석.
• 초기 순도 값(p = 0.5 및 p = 0.8) 간의 결과 비교를 통해 장기적 상관관계의 초기 상태 의존성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 얽힘 급격한 상실(ESD)이 관찰되는 시스템에서 양자 어둠 급격한 상실(DSD)이 발생하는가?
• RQ2 원자 상태의 초기 순도(p)가 양자 어둠과 얽힘의 장기적 유지에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 소산성 공진자 QED 시스템에서 어둠에 비해 양자 어둠이 더 견고한가?
• RQ4 공진자 소산은 소산의 원인이 되지만, 양자 어둠의 유지에 기여할 수 있는가?
• RQ5 점점 무한대에 가까워지는 시간(t → ∞)에서 장기적으로 유지되는 양자 어둠과 얽힘의 상대적 크기는 얼마인가?

주요 결과

• ESD와 DSD 모두 상호작용 시간이 매우 길지 않은 단기 동역학에서 발생함.
• p = 0.5일 경우, 장기적으로 유지되는 양자 어둠이 장기적으로 유지되는 얽힘을 초월함. 이는 이전 연구 결과와 일치함.
• p = 0.8일 경우, 장기적으로 유지되는 얽힘이 장기적으로 유지되는 양자 어둠을 초월함. 이는 소산에 의해 영향을 받는 상황에서 얽힘이 어둠보다 더 견고할 수 있음을 시사함.
• 양자 어둠과 얽힘의 장기적 유지가 관찰되어 공진자 소산에도 불구하고 부분적인 보존이 이루어짐을 보여줌.
• 공진자 소산은 양자 어둠의 유지에 기여할 수 있음. 그림 3에서 볼 수 있듯이, 특정 조건에서는 어둠이 유지되고 심지어 증가함.
• 어둠과 얽힘의 상대적 견고성은 일반적이지 않으며, 초기 상태의 순도 p에 따라 크게 달라지며, 어둠의 내성적 저항성에 대한 일반적인 진술을 도전함.