[论文解读] Creation and destruction of entanglement by a nonequilibrium environment

Max Ludwig, Klemens Hammerer+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2009

Mechanical and Optical Resonators被引用 1

一句话总结

本文研究非平衡环境对耦合振子中纠缠的影响，表明存在一个最优的消散强度可使纠缠最大化。通过针对任意谱的热库使用精确的量子朗之万方程，本文表明广泛使用的林德布拉德方法在定性上存在缺陷，为设计纳米机械系统中的量子实验提供了更精确的框架。

ABSTRACT

Recent experiments aim at cooling nanomechanical resonators to the ground state by coupling them to non-equilibrium environments in order to observe quantum effects such as entanglement. This raises the general question of how such environments affect entanglement. Here we show that there is an optimal dissipation strength for which the entanglement between two coupled oscillators is maximized. Our results are established with the help of a general framework of exact quantum Langevin equations valid for arbitrary bath spectra, in and out of equilibrium. We point out why the commonly employed Lindblad approach fails to give even a qualitatively correct picture.

研究动机与目标

• 理解非平衡环境对耦合振子中量子纠缠的影响。
• 识别在环境耦合下纠缠达到最大化的条件。
• 开发一种超越林德布拉德方法局限性的精确建模纠缠动力学的框架。

提出的方法

• 推导适用于任意谱（包括非平衡状态）的精确量子朗之万方程。
• 将该框架应用于建模两个耦合振子与非平衡环境的相互作用。
• 利用非马尔可夫动力学捕捉环境对纠缠影响中的记忆效应。
• 将结果与标准的林德布拉德形式体系进行比较，揭示其定性缺陷。
• 分析纠缠随消散强度的变化，以识别最优值。

实验结果

研究问题

• RQ1 非平衡环境对耦合量子振子中纠缠有何影响？
• RQ2 是否存在一个特定的消散强度可使此类系统中的纠缠最大化？
• RQ3 为何林德布拉德方法在非平衡条件下无法正确描述纠缠动力学？

主要发现

• 存在一个最优的消散强度，可使两个耦合振子之间的纠缠达到最大，表明其与环境耦合的关系呈非单调性。
• 精确的量子朗之万框架表明，非平衡效应可增强纠缠，这与平衡模型的预期相反。
• 林德布拉德方法在定性上失败，因其无法捕捉非平衡条件下正确的纠缠动力学。
• 该框架适用于任意谱的热库，使其可应用于如纳米机械谐振器等实际实验设置。
• 纠缠的生成对环境的谱特性高度敏感，凸显了热库工程的重要性。