[论文解读] Bright tripartite entanglement in triply concurrent parametric down conversion

Ashton S. Bradley, M. K. Olsen+2 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2005

Quantum Information and Cryptography被引用 5

一句话总结

本文提出一种新颖的腔内光学器件，利用并发的 $χ^{(2)}$ 非线性效应，在阈值以上生成三个宏观光学光束之间的强三体纠缠。它展示了实现三模爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬的两种独立路径，为生成和研究宏观多体量子纠缠开辟了新途径。

ABSTRACT

We show that an intracavity optical device which utilises concurrent $\\chi^{(2)}$ nonlinearities can produce output beams which exhibit strong tripartite entanglement. Above threshold a significant degree of entanglement is predicted for beams with macroscopic intensities. We also demonstrate two independent ways that the system can exhibit a three mode form of the Einstein-Podolsky-Rosen paradox.

研究动机与目标

• 探索利用并发非线性过程在光学系统中生成强多体纠缠。
• 研究具有多个并发 $χ^{(2)}$ 非线性效应的系统是否能在宏观光强下产生三体纠缠。
• 在该系统中展示三模爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬的存在。
• 识别并分析两种独立机制，使该设置中可实现三模爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬。

提出的方法

• 采用通过并发 $χ^{(2)}$ 非线性效应耦合三个不同模式的腔内光学配置。
• 使用描述同时参量下转换过程的量子光学哈密顿量对系统进行建模。
• 利用量子关联函数分析输出态特性，以量化三体纠缠。
• 将爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬的标准应用于三模系统，识别出两种不同配置下佯谬的出现。
• 考虑系统的阈值行为，表明显著纠缠在阈值以上出现。
• 采用量子场论技术描述宏观光束强度及其纠缠特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在腔内设置中，并发的 $χ^{(2)}$ 非线性效应是否能生成宏观光学光束中的强三体纠缠？
• RQ2 该系统如何表现出爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬的三模形式？
• RQ3 是否存在多种独立机制，使该系统中可实现三模爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬？
• RQ4 阈值操作在使输出光束中产生显著纠缠方面起什么作用？

主要发现

• 该系统在阈值以上产生具有宏观光强的三个输出光束之间的强三体纠缠。
• 识别出两种独立配置，系统在其中实现了爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬的三模形式。
• 纠缠通过单个光学腔内并发的 $χ^{(2)}$ 非线性过程产生。
• 理论分析证实，所观测到的纠缠在高光强下具有鲁棒性和显著的定量特征。