[论文解读] Non-Markovian decoherence dynamics of entangled coherent states

Jun‐Hong An, Mang Feng+1 more|ArXiv.org|May 17, 2007

Quantum Information and Cryptography参考文献 60被引用 7

一句话总结

本文利用相干态路径积分中的费曼-弗尔顿影响泛函理论，发展了一种具有时变系数的精确、非微扰主方程，以描述在真空涨落作用下两模纠缠相干态中的非马尔可夫退相干。关键发现是，由时变系数中的短时峰值所驱动的非马尔可夫效应，会加速退相干过程，相较于马尔可夫极限，凸显了记忆效应在连续变量量子信道退相干动力学中的关键作用。

ABSTRACT

We microscopically model the decoherence dynamics of entangled coherent states under the influence of vacuum fluctuation. We derive an exact master equation with time-dependent coefficients reflecting the memory effect of the environment, by using the Feynman-Vernon influence functional theory in the coherent-state representation. Under the Markovian approximation, our master equation recovers the widely used Lindblad equation in quantum optics. We then investigate the non-Markovian entanglement dynamics of the quantum channel in terms of the entangled coherent states under noise. Compared with the results in Markovian limit, it shows that the non-Markovian effect enhances the disentanglement to the initially entangled coherent state. Our analysis also shows that the decoherence behaviors of the entangled coherent states depend sensitively on the symmetrical properties of the entangled coherent states as well as the interactions between the system and the environment.

研究动机与目标

• 开发在真空涨落作用下两模纠缠相干态退相干的非微扰、微观描述。
• 推导一个能完整捕捉非马尔可夫动力学的精确主方程，包括环境对系统及反之的反作用。
• 研究非马尔可夫效应如何影响连续变量量子信道中的纠缠动力学与退相干行为。
• 将非马尔可夫动力学与标准马尔可夫（林德布拉德）极限进行比较，识别非马尔可夫效应增强退相干的条件。
• 分析纠缠相干态的对称性特性以及系统-环境耦合中的干涉效应在退相干结果中的作用。

提出的方法

• 在相干态路径积分形式中应用费曼-弗尔顿影响泛函理论，以建模系统-环境相互作用。
• 推导出具有时变系数的精确主方程，准确反映环境的记忆效应，适用于任意耦合强度与相关时间。
• 利用相干态表示法，实现路径积分的精确计算，并对反作用效应进行非微扰处理。
• 在马尔可夫极限下重现标准林德布拉德主方程，验证了在标准假设下的方法有效性。
• 解析求解主方程，获得约化密度矩阵，并通过concurrence计算非马尔可夫动力学下的纠缠度。
• 研究退相干对纠缠相干态对称性及系统-环境耦合中干涉图案的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 主方程中编码的非马尔可夫记忆效应（通过时变系数体现）如何影响两模纠缠相干态的退相干动力学？
• RQ2 纠缠相干态的对称性特性在真空涨落作用下如何影响其退相干行为？
• RQ3 两光学模式与真空环境之间耦合的干涉效应如何改变退相干与纠缠衰减速率？
• RQ4 与马尔可夫近似相比，非马尔可夫动力学在多大程度上加速了退相干过程？
• RQ5 所推导的精确主方程是否可用于研究任意环境谱密度（包括亚欧姆型与超欧姆型）下的退相干？

主要发现

• 所推导的非马尔可夫主方程是精确且非微扰的，其时变系数完整捕捉了环境的记忆效应。
• 主方程时变系数中的短时峰值被识别为非马尔可夫动力学中增强退相干的主要驱动力。
• 与马尔可夫极限相比，非马尔可夫效应加速了纠缠相干态中纠缠的衰减，该结果通过concurrence测量得到验证。
• 退相干行为对纠缠相干态的对称性极为敏感；对称态与反对称态表现出不同的退相干速率。
• 两光学模式与真空环境之间耦合的干涉效应导致不同的退相干模式，表明耦合几何结构影响系统鲁棒性。
• 精确主方程可推广至不同环境谱密度，并可扩展至有限温度环境，其在先前工作中对纠缠压缩态的应用已得到验证。