[论文解读] Coherent control of steady state entanglement in driven cavity arrays

Dimitris G. Angelakis, Li Dai+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2009

Mechanical and Optical Resonators被引用 4

一句话总结

该论文通过调节经典驱动场之间的相位差，实现了在损耗性、受驱动的腔-原子系统阵列中对稳态远距离纠缠的相干控制。尽管使用的是经典泵浦，仍可实现高纠缠度，尤其当一对原子之间的直接耦合远小于其各自与第三方的耦合时，可通过波导或光纤实现长程量子关联。

ABSTRACT

We show that coherent control of the steady-state long-distance entanglement between pairs of cavity-atom systems in an array of lossy and driven coupled resonators is possible. The cavities are doped with atoms and are connected through wave guides, other cavities or fibers depending on the implementation. We find that the steady-state entanglement can be coherently controlled through the tuning of the phase difference between the driving fields. It can also be surprisingly high in spite of the pumps being classical fields. For some implementations where the connecting element can be a fiber, long-distance steady state quantum correlations can be established. Furthermore, the maximal of entanglement for any pair is achieved when their corresponding direct coupling is much smaller than their individual couplings to the third party. This effect is reminiscent of the establishment of coherence between otherwise uncoupled atomic levels using classical coherent fields. We suggest a method to measure this entanglement by analyzing the correlations of the emitted photons from the array and also analyze the above results for a range of values of the system parameters, different network geometries and possible implementation technologies.

研究动机与目标

• 在损耗性、受驱动的腔-原子阵列中实现稳态纠缠的相干控制。
• 探讨经典驱动场如何在存在耗散的情况下生成高稳态纠缠。
• 通过波导或光纤作为连接元件，在网络化腔系统中实现远距离量子关联。
• 识别能最大化远距离腔对之间纠缠度的最优耦合配置。
• 提出通过光子发射相关性测量纠缠的可观测特征，以供实验验证。

提出的方法

• 建立掺杂有原子的耦合腔阵列模型，由具有可调相位差的经典外部场驱动。
• 使用主方程技术描述在耗散和驱动作用下的开放量子系统动力学。
• 通过分析腔对约化密度矩阵的对数负定性来研究稳态纠缠。
• 采用波导、光纤或直接腔耦合作为腔之间的连接元件，以实现长程关联。
• 设计一种基于分析阵列中光子发射相关性的测量协议，以检测纠缠。
• 系统性地改变系统参数、网络几何结构和实现技术，以评估其鲁棒性和可扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过经典驱动场对远距离腔-原子系统之间的稳态纠缠实现相干控制？
• RQ2 驱动场之间的相位差如何影响稳态纠缠的程度？
• RQ3 通过第三方实现的间接耦合在最大化腔对之间纠缠度方面起什么作用？
• RQ4 能否在使用波导或光纤作为互连元件的损耗性腔阵列中建立远距离量子关联？
• RQ5 在光子发射中可测量的哪些特征可用于实验验证纠缠的存在？

主要发现

• 通过调节经典驱动场之间的相位差，可对腔-原子对之间的稳态纠缠实现相干控制。
• 即使使用经典泵浦，仍可实现高水平的纠缠，这是由于类似相干布居囚禁效应的作用。
• 当一对之间的直接耦合远小于其各自与第三方的耦合时，纠缠达到最大值，这与相干布居囚禁机制类似。
• 当使用波导或光纤等连接元件时，远距离纠缠是可行的，可在整个阵列中实现量子关联。
• 光子发射相关性提供了检测系统中稳态纠缠的可行且可测量的特征。
• 结果在各种系统参数和网络几何结构下均表现鲁棒，支持在不同实现技术中的可扩展性。