[论文解读] Quantum teleportation by utilizing helical spin chains for sharing entanglement

Harshit Verma, L. Chotorlishvili+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2020

Quantum Information and Cryptography参考文献 55被引用 8

一句话总结

本文提出了一种新颖的量子隐形传态协议，利用螺旋多铁性自旋链在远距离的各方之间分发一ebit的量子纠缠。通过应用定制的电场脉冲方案并优化参数，该协议即使在退相干和杂质效应下也能实现高保真度的隐形传态，其在纯度分数和鲁棒性方面优于标准的XX和XXZ模型。

ABSTRACT

We develop a new protocol for sharing entanglement (one ebit) between two parties using the natural dynamics of helical multiferroic spin chains. We introduce a novel kicking scheme of the electric field for enhancing the teleportation fidelity in our protocol that works in the presence of an appropriate choice of parameters. We also investigate the effect of a common spin environment causing decoherence in the entanglement sharing channel. We compare the results to that of XXZ and XX models subject to a similar entanglement sharing protocol and find that the helical multiferroic chain with the kicking scheme provides a better singlet fraction. We show that the kicking scheme in conjugation with the optimized parameters enhances the fidelity of teleportation even in the presence of impurities and/or decoherence. The advantage of the kicking scheme shown in the impurity cases is an important result to be useful in a realizable setup of helical multiferroic spin chain.

研究动机与目标

• 开发一种利用螺旋多铁性自旋链自然动力学分发一ebit纠缠的稳健协议。
• 在环境噪声和杂质存在下，通过一种新颖的电场脉冲方案提升隐形传态保真度。
• 在相同纠缠分发协议下，比较螺旋多铁性链与XX和XXZ模型的性能表现。
• 研究该协议在共同自旋环境引起的退相干下的鲁棒性。
• 识别在现实、噪声条件下最大化保真度和纯度分数的最优参数。

提出的方法

• 利用螺旋多铁性自旋链的自然自旋动力学作为纠缠分发的物理平台。
• 引入一种时间依赖的电场脉冲方案，以主动控制并增强纠缠传递的保真度。
• 通过数值模拟评估在不同参数和噪声水平下的隐形传态保真度和纯度分数。
• 通过与链相互作用的共同自旋环境建模退相干，模拟真实的开放系统动力学。
• 在相同协议条件下与标准的XX和XXZ自旋模型进行比较，以评估相对性能。
• 优化控制参数（如脉冲强度和时机）以最大化保真度和鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 电场的脉冲方案是否能提升螺旋多铁性自旋链中的隐形传态保真度？
• RQ2 与XX和XXZ模型相比，螺旋多铁性链在共同自旋环境引起的退相干下表现如何？
• RQ3 在存在杂质和噪声的情况下，哪些参数选择能最大化保真度和纯度分数？
• RQ4 脉冲方案是否增强了对环境退相干和结构缺陷的鲁棒性？
• RQ5 该协议能否在真实、非理想物理设置中维持高纠缠保真度？

主要发现

• 电场脉冲方案显著提升了螺旋多铁性自旋链中的隐形传态保真度，即使在退相干条件下亦然。
• 在相同纠缠分发协议下，该协议的纯度分数高于XX和XXZ模型。
• 脉冲方案中优化的参数提升了保真度，并增强了对杂质和环境噪声的鲁棒性。
• 该协议在共同自旋环境存在下仍保持高性能，显示出对退相干的强鲁棒性。
• 在受杂质影响的系统中，脉冲方案的优势尤为显著，表明其在实际应用中的可行性。
• 数值结果证实，采用脉冲协议的螺旋多铁性链在保真度和纠缠保持方面优于标准自旋模型。