[论文解读] Entanglement with phase decoherence

Xu Jingbo, Shangbin Li|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2003

Photonic and Optical Devices被引用 7

一句话总结

本文利用动力代数方法研究了在相位退相干条件下，两能级原子与两个光腔之间纠缠的生成。结果表明，通过调节失谐参数可调控原子与腔之间的纠缠；值得注意的是，即使原子处于最大混合态，也能使初始处于真空态的两个腔实现纠缠，且在共振情况下，稳态纠缠可达1/2。

ABSTRACT

The system of an atom couples to two distinct optical cavities with phase decoherence is studied by making use of a dynamical algebraic method. We adopt the concurrence to characterize the entanglement between atom and cavities or between two optical cavities in the presence of the phase decoherence. It is found that the entanglement between atom and cavities can be controlled by adjusting the detuning parameter. Finally, we show that even if the atom is initially prepared in a maximally mixed state, it can also entangle the two mode cavity fields.

研究动机与目标

• 研究在相位退相干条件下两原子-腔系统中的纠缠动力学。
• 探讨当原子初始处于最大混合态时，是否仍可生成纠缠。
• 研究失谐参数如何调控原子与腔模之间的纠缠。
• 利用concurrence表征两个腔场之间的纠缠。

提出的方法

• 采用描述两能级原子与两个具有不同耦合强度的光腔耦合的哈密顿量对系统进行建模。
• 基于SU(2)生成元的动力代数方法被用于求解相位退相干下的主方程。
• 通过指数算符展开形式求解主方程，得到密度矩阵的精确时间演化。
• 使用concurrence作为原子与腔之间或两个腔场之间纠缠的度量。
• 通过追踪原子自由度，推导出腔场的约化密度矩阵。
• 推导出concurrence的解析表达式，包括时间依赖行为和稳态行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在相位退相干存在的情况下，能否通过调节失谐参数控制原子与腔场之间的纠缠？
• RQ2 当原子初始处于最大混合态时，两个光腔之间是否仍可能产生纠缠？
• RQ3 相位退相干如何影响两个腔场之间纠缠动力学？
• RQ4 在相位退相干下，两个腔场之间可实现的最大稳态纠缠是多少？

主要发现

• 通过调节失谐参数Δ，可控制原子与腔之间的纠缠，且在共振时达到最大纠缠。
• 即使原子初始处于最大混合态，仍可使两个腔场纠缠，当Δ = 0且g_a = g_b时，稳态concurrence为1/4。
• 当γ = 0时，两个腔场之间的concurrence在特定时刻为零，但当γ > 0时变为非零且时间依赖，表明存在持续纠缠。
• 在共振情况下（Δ = 0）且耦合强度相等时，两个腔场之间的稳态纠缠达到最大值1/2。
• 在特定时间区间内，两个腔场之间的纠缠随相位退相干率γ的增加而增强，这与典型的退相干效应相反。
• 腔-腔纠缠的concurrence表达式为C_B = (4|g_a g_b| / Ω²) [1 - cos(Ωt) exp(-γt Ω² / 2)]，明确显示出对耦合和退相干参数的依赖性。