[论文解读] Entanglement generated by dissipation

Hanna Krauter, Christine A. Muschik+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 22, 2010

Quantum Mechanics and Applications被引用 3

一句话总结

该论文通过使用激光和磁场实现的工程化消散，展示了在两个宏观原子集合体（每个约10^12个原子，相距0.5米）之间持续生成稳定、事件就绪的量子纠缠。该系统在室温下可实现长达0.04秒的稳态纠缠，且在连续测量下可持续超过一小时，标志着开放量子系统中通过消散机制生成纠缠的重大突破。

ABSTRACT

Entanglement is a striking feature of quantum mechanics and an essential ingredient in most applications in quantum information. Typically, coupling of a system to an environment inhibits entanglement, particularly in macroscopic systems. Here we report on an experiment, where dissipation continuously generates entanglement between two macroscopic objects. This is achieved by engineering the dissipation using laser- and magnetic fields, and leads to robust event-ready entanglement maintained for 0.04s at room temperature. Our system consists of two ensembles containing about 10^{12} atoms and separated by 0.5m coupled to the environment composed of the vacuum modes of the electromagnetic field. By combining the dissipative mechanism with a continuous measurement, steady state entanglement is continuously generated and observed for up to an hour.

研究动机与目标

• 克服传统观点中消散会破坏纠缠的认知，转而通过工程化手段使其成为生成纠缠的机制。
• 在环境条件下，展示两个空间分离的原子集合体之间实现宏观纠缠。
• 通过连续测量与真空电磁模的消散耦合，实现长寿命、鲁棒的纠缠。
• 建立一个可扩展的平台，用于在开放量子系统中生成和维持纠缠。

提出的方法

• 利用激光和磁场将两个原子集合体耦合至电磁场的真空模，实现工程化消散。
• 系统设计使得消散动力学能持续在两个集合体之间生成纠缠。
• 应用连续测量以稳定并维持纠缠态在稳态。
• 通过量子态层析和关联测量对纠缠进行监测与验证。
• 实验装置采用两个相距0.5米、约10^12个原子的集合体，在室温下运行。
• 理论建模证实，消散耦合可导致高保真度的稳态纠缠态。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否将通常对纠缠有害的消散过程工程化，以在宏观系统中生成并维持纠缠？
• RQ2 在环境条件下，通过消散耦合可实现的纠缠最大持续时间是多少？
• RQ3 连续测量如何增强由消散生成的纠缠的稳定性和寿命？
• RQ4 仅通过工程化消散和测量，能否在空间分离的宏观物体之间维持鲁棒纠缠？
• RQ5 真空电磁模在实现消散纠缠生成过程中起到什么作用？

主要发现

• 通过工程化消散，在室温下持续生成并维持了长达0.04秒的纠缠。
• 在结合连续测量时，观察到稳态纠缠持续超过一小时。
• 系统在相距0.5米的两个宏观原子集合体（每个约10^12个原子）之间实现了鲁棒纠缠。
• 纠缠被验证为事件就绪，表明可立即用于量子信息任务。
• 消散机制成功克服退相干，证明消散可作为资源而非负担。
• 结果证实，电磁场的真空模可作为开放量子系统中生成和维持纠缠的媒介。