[논문 리뷰] Generation of extended nonlocal entanglement in the micromaser via two quanta non-linear processes induced by dynamic Stark shift

M. S. Ateto|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 07.

Quantum Information and Cryptography인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 동적 스타크 시프트에 의해 유도되는 이량자 전이 과정을 활용하여, 비선형 매질을 가진 마이크로마스터를 사용하여 두 원거리 원자 간의 확장되고 강건한 얽힘을 생성하는 방법을 제안한다. 캐비티 장으로부터 양자 정보를 전송함으로써, 직접적인 원자-원자 상호작용 없이 장거리 얽힘을 가능하게 하며, 다양한 시스템 매개변수에서도 높은 상관관계를 달성한다.

ABSTRACT

We show that, under certain conditions, the micromaser can act as an effective source of highly correlated atoms. It is possible to create an extended robust entanglement between two successive, initially unentangled atoms passing through a cavity filled with with a nonlinear medium taking into consideration a slight level shift. Information is transfered from the cavity to the atoms in order to build up entanglement. The scheme has an advantage over conventional creation of entanglement if the two atoms (qubits) are so far apart that a direct interaction is difficult to achieve. The interaction of the atoms with the micromaser occurs under the influence of a two-quantum transition process. Interesting phenomena are observed, and an extended robust entangled state is obtained for different values of the system parameters. Illustrative variational calculations are performed to demonstrate the effect within an analytically tractable two-qubit model.

연구 동기 및 목표

• 두 공간적으로 분리된 원자 간의 장거리 얽힘을 생성하기 위한 메커니즘을 개발하는 것.
• 직접적인 원자-원자 상호작용이 어려운 원거리 큐비트 시스템에서 캐비티를 통한 매개 얽힘을 활용하여 도전 과제를 극복하는 것.
• 캐비티 양자전기역학 설정에서 비선형 과정을 사용하여 실제 시스템 매개변수에서 강건한 얽힘 생성을 보여주는 것.
• 동적 스타크 시프트가 캐비티에서 원자로의 얽힘 전달을 가능하게 하는 이량자 전이 과정을 어떻게 유도하는지 분석하는 것.

제안 방법

• 마이크로마스터는 동적 스타크 시프트에 의해 이량자 전이 과정을 유도하는 매질이 있는 비선형 캐비티로 모델링된다.
• 원자들은 중첩 상태로 준비되고 순차적으로 캐비티 장과 상호작용하여 양자 정보의 협동적 교환을 가능하게 한다.
• 이중 큐비트 모델 내에서 변분 접근법을 사용하여 얽힘 동역학을 간편하게 기술한다.
• 동적 스타크 시프트는 수준 이동을 유도하여 효과적인 이량자 전이를 가능하게 하며, 이는 비국소적 상관관계 생성에 필수적이다.
• 원자 간의 얽힘을 캐비티 장을 통해 매개하는 비선형 결합 항을 포함한 상호작용 해밀토니안을 유도한다.
• 다양한 매개변수 영역에서 얽힘 허용도와 강건성을 평가하기 위해 해석적 계산을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로마스터는 직접 상호작용 없이 두 원거리 원자 간에 확장된 얽힘을 생성할 수 있는가?
• RQ2 동적 스타크 시프트는 비국소적 얽힘을 가능하게 하는 이량자 전이 과정에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 결합 강도 및 떨어짐 등의 시스템 매개변수 변화에 대해 생성된 얽힌 상태의 강건성은 어떠한가?
• RQ4 비선형 매질에서 캐비티 장이 얼마나 장거리 얽힘을 매개할 수 있는가?
• RQ5 변분 모델은 이 시스템에서 얽힘 생성의 핵심 특성을 얼마나 잘 반영하는가?

주요 결과

• 마이크로마스터는 캐비티를 통한 비선형 과정을 통해 두 원거리 원자 간에 확장되고 강건한 얽힌 상태를 성공적으로 생성한다.
• 시스템 매개변수가 다양한 범위에서 얽힘 상태가 유지되어 외부 교란에 대한 저항성이 있음을 나타낸다.
• 동적 스타크 시프트는 비국소적 상관관계 생성에 필수적인 효과적인 이량자 전이를 가능하게 한다.
• 변분 모델은 해석적으로 다룰 수 있는 프레임워크 내에서 이 계획의 실현 가능성을 확인한다.
• 직접적인 원자-원자 상호작용이 불가능한 상황에서 전통적 방법보다 장거리 얽힘 생성에서 더 뛰어난 성능을 보인다.
• 캐비티 장에서 원자로의 정보 전송은 높은 상관관계를 유도하여 이 메커니즘의 효과성을 확인한다.