[论文解读] Steerability of Quantum Coherence in Accelerated Frame

Debasis Mondal, Chiranjib Mukhopadhyay|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Quantum Electrodynamics and Casimir Effect被引用 7

一句话总结

本文研究了两个加速原子与无质量标量场相互作用时的量子相干性调控性，表明尽管由调控引起的相干性可随加速度和初始态而产生并变化，但因引力约束，平衡态的相干性在任何条件下都无法被调控。通过使用 $l_1$-范数相干性与调控性判据，研究证明引力禁止了相干性调控，即使纠缠和由调控引起的相干性存在。

ABSTRACT

The interplay between steering and quantum coherence is studied in a scenario, where two atoms move through an external massless scalar field. We show that just like entanglement, the steering induced coherence of the equilibrium state may increase or decrease with acceleration depending on the initial condition of the state. We also investigate the condition for coherence steerability - as opposed to simple state steerability. Interestingly, we find that the quantum coherence of the equilibrium state cannot be steered, even when the steering induced coherence is non-zero. We argue that under any condition, gravity prohibits the coherence steering of the equilibrium state.

研究动机与目标

• 研究加速原子在相对论性量子情景下量子相干性与调控性之间的相互作用。
• 确定两个加速原子平衡态中的量子相干性是否可通过远距离粒子的测量实现调控。
• 考察引力、加速度和初始态条件在促进或禁止相干性调控性中的作用。
• 比较调控诱导相干性与相干性调控性，阐明其不同的物理意义。

提出的方法

• 通过无质量标量场建模两个自旋-1/2原子在均匀加速度下的运动，利用Unruh效应描述其与真空的相互作用。
• 在弱耦合极限下，使用主方程方法推导两原子系统的平衡密度矩阵。
• 应用 $l_1$-范数相干性度量 $C^{l_1} = \sum_{i \neq j} |\rho_{ij}|$ 来量化测量后条件态中的相干性。
• 采用 [steerability] 中的相干性调控性判据，要求在三个互为正交基中的相干性之和超过 $\sqrt{6}$。
• 在不同加速度、初始态参数和边界条件下，数值评估相干性调控性条件。
• 研究有限间距和反射边界对调控诱导相干性与相干性调控性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以通过对一个粒子进行局域测量，调控两个加速原子平衡态中量子相干性？
• RQ2 加速度如何影响两原子系统中调控诱导相干性的出现？
• RQ3 边界的存在或原子间有限间距是否会影响相干性调控性？
• RQ4 是否存在即使调控诱导相干性非零，相干性调控性仍可能实现的区域？
• RQ5 根据等效原理，引力在限制相干性调控性中起什么作用？

主要发现

• 在任何初始条件或加速度下，平衡态的相干性都无法被调控，因为相干性调控性条件 $f(\tau,R) > \sqrt{6}$ 永远不成立。
• 调控诱导相干性非零，且依赖于初始态和加速度，在某些有限加速度值下会消失——称为“调控节点”。
• 在大加速度和长时间条件下，调控诱导相干性渐近趋近于一个恒定值，表明存在稳定的关联区域。
• 即使初始态为完全纠缠态或原子间存在有限间距，相干性调控性仍不可达，表明存在根本性限制。
• 边界的引入或有限间距并未实现相干性调控性，且数值上从未满足条件 $\frac{x_3}{1+x_1} > \sqrt{6}$。
• 结果表明，根据等效原理，引力在这一相对论性设置中从根本上禁止了量子相干性的非局域调控。