Динаміка переплутаних атомів в ідеальному резонаторі
атомний перепутиваніе квантовий теорія
Введення
На сьогоднішній день у квантовій оптиці особлива увага приділяється вивченню переплутаних станів. Переплутані стану є фундаментом квантової інформатики, квантової криптографії, квантових обчислень, квантових телекомунікацій (передача інформації на відстані) [1]. Переплутаними називаються стану систем, між якими мають місце квантові кореляції. Такі переплутані стани виникають в результаті взаємодії квантових підсистем.
В даний час активно обговорюються різні типи фізичних систем, які можна було б використовувати як кубітів квантових комп'ютерів: атоми в оптичних резонаторах і пастках [1] і іони в магнітних пастках Пауля [2], надпровідні системи на джозефсоновских переходах [3,4], домішкові спини у твердих тілах [5], ядерні спини в молекулах кристалах [6] інші. Одним з найбільш перспективних напрямків у фізиці квантових обчислень є вивчення джозефсоновских кубітів.
Для більшості систем вдалося експериментально спостерігати довгоживучі атом-атомні переплутані стану, що є принциповим для фізики квантових обчислень. Але в реальних умовах квантові системи завжди взаємодіють з оточенням. Така взаємодія зазвичай призводить до декогерентності, так що досліджувана система еволюціонує в змішане переплутане стан, який виявляється непридатним для цілей квантових обчислень. Тому з практичної точки зору основне завдання при отриманні та використанні атомних переплутаних станів полягає в тому, щоб запобігти, мінімізувати або використовувати вплив шуму.
Раніше в цілому ряді робіт була висловлена ??ідея про те, в деяких випадках диссипация і шум можуть бути джерелом переплутування. Вперше така ідея була запропонована в роботі [12]. У ній автори показали, що за рахунок дисипації два атоми (два кубіта) в оптичному резонаторі можуть перейти в максимально переплутане стан, в той час як у відсутності дисипації редуцированное стан двоатомної системи являє собою несепарабельную суміш атомних станів в будь-який момент часу, але тільки без максимального переплутування. Можливість генерація переплутаних станів в системі двох і більше атомів в резонаторі за рахунок різних механізмів дисипації розглядалася пізніше у великій кількості робіт. В роботі [13] розглянуто виникнення атомного переплутування в системі двох дворівневих атомів в резонаторі при наявності дисипації за рахунок витоку фотонів і спонтанного випромінювання при наявності білого шуму.
Ряд робіт останнім часом був присвячений дослідженню можливості генерації переплутування в атомних системах в резонаторах, індукованого тепловим шумом. Ідея про можливість виникнення переплутування при взаємодії атомів в резонаторах з тепловим полем належить Пітеру Найту з співавторами. Для теоретичного опису таких систем використовується модель Джейнса-Каммінгса та її найпростіші узагальнення. Модель Джейнса-Каммінгса та її найпростіші узагальнення відіграють фундаментальну роль у квантовій оптиці, оскільки дозволяють описати всі основні квантові ефекти взаємодії випромінювання з речовиною. Зокрема на прикладі двоатомної моделі Джейнса-Каммінгса, яку тако...
