Перепутывание двух кубитов, взаимодействующих с одномодовым квантовым полем


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящей работе исследована динамика системы двух двухуровневых естественных или искусственных атомов, один из которых находится в идеальном резонаторе и взаимодействует с модой одномодового теплового поля, а второй свободно перемещается вне резонатора. Для описания динамики системы нами найдены собственные значения и собственные функции гамильтониана модели. С их помощью получено точное выражение для матрицы плотности в случае чистого начального состояния атомов и теплового состояния поля. Найдена редуцированная атомная матрица плотности. Проведено транспонирование атомной матрицы плотности по переменным одного кубита. С ее помощью рассчитан параметр Переса-Хородецких. Проведено численное моделирование параметра атомного перепутывания для различных начальных чистых состояний атомов и среднего числа фотонов в тепловой моде. Найдено, что тепловое поле может индуцировать высокую степень перепутывания кубитов в рассматриваемой модели. При этом имеется возможность управления и контроля за степенью перепутывания за счет изменения интенсивности диполь-дипольного взаимодействия кубитов и температуры резонатора. Показано, что максимальная степень перепутывания кубитов достигается для состояния, в котором возбужден только один из атомов.

Об авторах

Евгений Константинович Башкиров

Самарский государственный университет

Email: bash@samsu.ru
(д.ф.-м.н., проф.; bash@samsu.ru; автор, ведущий переписку), профессор, каф. общей и теоретической физики Россия, 443011, Самара, ул. Академика Павлова, 1

Михаил Сергеевич Мастюгин

Самарский государственный университет

Email: mastyugin.mikhail@mail.ru
аспирант, каф. общей и теоретической физики Россия, 443011, Самара, ул. Академика Павлова, 1

Список литературы

  1. Башкиров Е. К., Мастюгин М. С. Перепутывание двух кубитов, взаимодействующих с одномодовым квантованным полем / Четвертая международная конференция «Математическая физика и ее приложения»: материалы конф.; ред. чл.-корр. РАН И. В. Волович; д.ф.-м.н., проф. В. П. Радченко. Самара: СамГТУ, 2014. С. 79-80.
  2. Nielsen M. A., Chuang I. L. Quantum Computation and Quantum Information. Cambrige: Cambridge University Press, 2010. xxxii+676 pp.. doi: 10.1017/cbo9780511976667
  3. Schumacker D., Westmoreland M. D. Quantum Processes, Systems, and Information. Cambrige: Cambridge University Press, 2010. xii+469 pp.. doi: 10.1017/cbo9780511814006.
  4. Blatt R., Wineland D. Entangled states of trapped atomic ions // Nature, 2008. vol. 453, no. 7198. pp. 1008-1013. doi: 10.1038/nature07125.
  5. You J. Q., Nori F. Atomic physics and quantum optics using superconducting circuits //Nature, 2011. vol. 474, no. 7353. pp. 589-597, arXiv: 1202.1923 [quant-ph]. doi: 10.1038/nature10122.
  6. Saffman M., Walker T. G., Mølmer K. Quantum information with Rydberg atoms // Rev. Mod. Phys., 2010. vol. 82, no. 3. pp. 2313-2363, arXiv: 0909.4777 [quant-ph]. doi: 10.1103/revmodphys.82.2313.
  7. Buluta I., Ashhab F., Nori F. Natural and artificial atoms for quantum computation // Rep. Prog. Phys., 2011. vol. 74, no. 10, 104401, arXiv: 1002.1871 [quant-ph]. doi: 10.1088/0034-4885/74/10/104401.
  8. Gühne O., Tóth G. Entanglement detection // Physics Reports, 2014. vol. 474, no. 1-6. pp. 1-75, arXiv: 0811.2803 [quant-ph]. doi: 10.1016/j.physrep.2009.02.004.
  9. Plenio M. B., Huelda S. F., Beige A. , Knight P. L. Cavity-loss-induced generation of entangled atoms // Phys. Rev. A, 1999. vol. 59, no. 3. pp. 2468-2475. doi: 10.1103/physreva.59.2468.
  10. Башкиров Е. К., Ступацкая М. П. Перепутывание двух атомов, взаимодействующих с тепловым электромагнитным полем // Компьютерная оптика, 2011. Т. 35, № 2. С. 243-249.
  11. Башкиров Е. К., Мастюгин М. С. Перепутывание двух сверхпроводящих кубитов, взаимодействующих с двухмодовым тепловым полем // Компьютерная оптика, 2013. Т. 37, № 3. С. 278-285.
  12. Башкиров Е. К., Мастюгин М. С. Влияние диполь-дипольного взаимодействия и атомной когерентности на перепутывание двух атомов с вырожденными двухфотонными переходами // Оптика и спектроскопия, 2014. Т. 116, № 4. С. 678-683. doi: 10.7868/S0030403414040060.
  13. Bashkirov E. K., Mastyugin M. S. The dynamics of entanglement in two-atom Tavis-Cummings model with non-degenerate two-photon transitions for four-qubits initial atomfield entangled states // Optics Communications, 2014. vol. 313. pp. 170-174. doi: 10.1016/j.optcom.2013.10.007.
  14. Bose S., Fruentes-Guridi I., Knight P. L., Vedral V. Subsystem purity as an enforcer of entanglement // Phys. Rev. Lett., 2001. vol. 87, no. 5, 050401. doi: 10.1103/physrevlett.87.050401.
  15. Kim M. S., Lee J., Ahn D., Knight P. L. Entanglement induced by a single-mode heat environment // Phys. Rev. A, 2002. vol. 65, no. 4, 040101, arXiv: quant-ph/0109052. doi: 10.1103/physreva.65.040101.
  16. Zhou L., Yi X. X., Song H.-S., Quo Y.-Q. Entanglement of two atoms through different couplings and thermal noise // J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt., 2004. vol. 6, no. 9. pp. 378-382, arXiv: quant-ph/0308086. doi: 10.1088/1464-4266/6/9/003.
  17. Башкиров Е. К. Перепутанные состояния в системе двух неидентичных атомов, взаимодействующих с тепловым полем // Вестн. СамГУ. Естественнонаучн. сер., 2006. № 3(43). С. 21-29.
  18. Zhou L., Song H.-S., Li C. Entanglement induced by a single-mode thermal field and criteria for entanglement // J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt., 2002. vol. 4, no. 6. pp. 425-429. doi: 10.1088/1464-4266/4/6/310.
  19. Bashkirov E. K. Entanglement induced by the two-mode thermal noise // Laser Phys. Lett., 2006. vol. 3, no. 3. pp. 145-150. doi: 10.1002/lapl.200510081.
  20. Ghosh B., Majumdar A. S., Nayak N. Effects of cavity-field statistics on atomic entanglement in the Jaynes-Cummings model // Int. J. Quantum Inform., 2007. vol. 05, no. 01n02. pp. 169-177, arXiv: quant-ph/0603039. doi: 10.1142/s0219749907002840.
  21. Yan X.-Q. Entanglement sudden death of two atoms successive passing a cavity // Chaos, Solitons & Fractals, 2009. vol. 41, no. 4. pp. 1645-1650. doi: 10.1016/j.chaos.2008.07.007.
  22. Liao Q., Fang G., Ahmad M. A., Liu S. Sudden birth of entanglement between two atoms successively passing a thermal cavity // Optics Communications, 2011. vol. 284, no. 1. pp. 301-305. doi: 10.1016/j.optcom.2010.09.043.
  23. Aguiar L. S., Munhoa P. P., Vidiella-Barranco A., Roversi J. A. The entanglement of two dipole-dipole coupled atoms in a cavity interacting with a thermal field // J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt., 2005. vol. 7, no. 12. pp. S769-S771. doi: 10.1088/1464-4266/7/12/049.
  24. Башкиров Е. К., Ступацкая М. П. Перепутывание двух дипольно связанных атомов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2009. Т. 12, № 2. С. 85-89.
  25. Liao Xiang-Ping, Fang Mao-Fa, Cai Jian-Wu, Zheng Xiao-Juan The entanglement of two dipole-dipole coupled atoms interacting with a thermal field via a two-photon process // Chinese Phys. B, 2008. vol. 17, no. 6. pp. 2137-2142. doi: 10.1088/1674-1056/17/6/032.
  26. Bashkirov E. K., Stupatskaya M. P. The entanglement of two dipole-dipole coupled atoms induced by nondegenerate two-mode thermal noise // Laser Phys., 2009. vol. 19, no. 3. pp. 525-530. doi: 10.1134/s1054660x09030281.
  27. Marr C., Beige A., Rempe G. Entangled-state preparation via dissipation-assisted adiabatic passages // Phys. Rev. A, 2003. vol. 68, no. 3, 033817, arXiv: quant-ph/0305116. doi: 10.1103/physreva.68.033817.
  28. Mancini S, Bose S. Engineering an interaction and entanglement between distant atoms // Phys. Rev. A, 2004. vol. 70, no. 2, 022307, arXiv: quant-ph/0111055. doi: 10.1103/physreva.70.022307.
  29. Chimczak G. Effcient generation of distant atom entanglement via cavity decay // Phys. Rev. A, 2005. vol. 71, no. 5, 052305. doi: 10.1103/physreva.71.052305.
  30. Lu M., Xia Y., Shen L.-T., Song J., An N. B. Shortcuts to adiabatic passage for population transfer and maximum entanglement creation between two atoms in a cavity // Phys. Rev. A, 2014. vol. 89, no. 1, 012326, arXiv: 1310.5323 [quant-ph]. doi: 10.1103/physreva.89.012326.
  31. Guo Y.-Q., Cao H.-J., Song H.-S. Field tuned atom-atom entanglement via dipole-dipole interaction, 2005. 7 pp., arXiv: quant-ph/0509142
  32. Peres A. Separability Criterion for Density Matrices // Phys. Rev. Lett., 1996. vol. 77, no. 8. pp. 1413-1415, arXiv: quant-ph/9604005. doi: 10.1103/physrevlett.77.1413.
  33. Horodecki M., Horodecki P., Horodecki R. Separability of mixed states: necessary and suffcient conditions // Phys. Lett. A, 1996. vol. 223, no. 1-2. pp. 1-8, arXiv: quantph/9605038. doi: 10.1016/s0375-9601(96)00706-2.
  34. Hu Y.-H., Fang M.-F., Wu Q. Atomic coherence control on the entanglement of two atoms in two-photon processes // Chinese Phys., 2007. vol. 16, no. 8. pp. 2407-2414. doi: 10.1088/1009-1963/16/8/042.
  35. Hu Y.-H., Fang M.-F. Coherence-Enhanced Entanglement Induced by a Two-Mode Thermal Field // Commun. Theor. Phys., 2010. vol. 54, no. 3. pp. 421-426. doi: 10.1088/0253-6102/54/3/08.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2015

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).