[論文レビュー] Dissipative preparation of steady GHZ state for Rydberg atoms with quantum Zeno dynamics

Xi Shao, Jin‐Hui Wu+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2017

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、Λ型原子からの自発的放射と量子ゼノー力学を用いて、3つのラビッチ原子における安定なグリーナーバーガー＝ホーン＝ツァイリング（GHZ）状態を簡略化された散逸的スキームで準備する手法を提案する。強い連続的結合と単一モードキャビティを活用することで、駆動場の数を削減し、現在の実験的パラメータ下で約98％の高精度なGHZ状態を達成する。

ABSTRACT

Inspired by a recent work [Reiter, Reeb, and Sorensen, Phys. Rev. Lett. {\bf117}, 040501 (2016)], we present a simplified proposal for dissipatively preparing a Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) state of three Rydberg atoms in a cavity. The $Z$ pumping is implemented under the action of the spontaneous emission of $\Lambda$-type atoms and the quantum Zeno dynamics induced by strong continuous coupling. In the meantime, a dissipative Rydberg pumping breaks up the stability of the state $|{ m GHZ}_+ angle$ in the process of $Z$ pumping, making $|{ m GHZ}_- angle$ be the unique steady state of system. Compared with the former scheme, the number of driving fields acting on atoms is greatly reduced and only a single-mode cavity is required. The numerical simulation of the full master equation reveals that a high fidelity $\sim98\%$ can be obtained with the currently achievable parameters in the Rydberg-atom-cavity system.

研究の動機と目的

• より少ない実験的リソースを用いて、3つのラビッチ原子における安定なGHZ状態の散逸的準備を簡素化すること。
• Zポンプによる|m GHZ₊⟩状態の不安定性を、散逸的ダイナミクスを活用して解消すること。
• 従来の手法と比較して、駆動場の数を減らし、単一モードキャビティのみを用いて高精度なGHZ状態を準備すること。
• 現在のラビッチ原子-キャビティ系の実現可能なパラメータ下で、このスキームの実現可能性を示すこと。

提案手法

• 散逸的スキームにおいてZポンプを実現するために、Λ型ラビッチ原子からの自発的放射を利用する。
• 強い連続的結合を用いて量子ゼノー力学を誘発し、望ましくない遷移を抑制する。
• 散逸的ラビッチポンプに依存して|m GHZ₊⟩状態を不安定化させ、|m GHZ₋⟩状態を唯一の安定状態として安定化する。
• システムを設計して、単一モードキャビティのみを必要とし、実験的複雑性を低減する。
• 完全な開放量子系のダイナミクスを記述するためのマスター方程式モデルを構築する。
• 現実的なパラメータ下での状態の精度を評価するために、完全マスター方程式の数値シミュレーションを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ラビッチ原子-キャビティ系において、駆動場の数を減らしても高精度を維持できるGHZ状態の準備は可能か？
• RQ2 量子ゼノー力学は、散逸的ポンプ下で望ましい|m GHZ₋⟩状態を安定化するためにどのように寄与するか？
• RQ3 散逸的ラビッチポンプは、|m GHZ₊⟩のような競合するGHZ状態の安定性にどのような影響を与えるか？
• RQ4 状態準備の精度を損なわずに、必要な光学場の数をどの程度まで削減できるか？
• RQ5 現在のラビッチ原子-キャビティ系の実験的パラメータ下で、提案されたスキームが達成可能な精度はどの程度か？

主な発見

• 現在の実験的パラメータ下で、安定なGHZ状態の精度が約98％に達する。
• 散逸的ラビッチポンプによる不安定化作用により、|m GHZ₋⟩状態が唯一の安定状態となる。
• 従来の手法と比較して、必要な駆動場の数が顕著に削減され、自発的放射と強い結合に依存するのみとなる。
• システムは単一モードキャビティでのみ動作するため、実験的実装が簡素化される。
• 完全マスター方程式の数値シミュレーションにより、提案されたスキームの頑健性と高精度が確認される。
• 強い連続的結合によって誘発される量子ゼノー力学は、望ましくない遷移を効果的に抑制し、状態の安定性を向上させる。