Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tạo ra và tính chất phi cổ điển của trạng thái rối thông qua sự tương tác của hai nguyên tử ba mức với trường khoang lượng tử được hỗ trợ bởi một trường cổ điển bên ngoài
Tóm tắt
Nghiên cứu sự tương tác của hai nguyên tử ba mức đồng nhất thuộc các loại $$V,\,\varXi $$ và $$\varLambda $$ với một trường khoang lượng tử cùng với một trường cổ điển bên ngoài. Dưới hai phép biến đổi đơn vị nhất định, hệ thống được chuyển đổi thành dạng điển hình của mô hình Jaynes–Cummings cho hai nguyên tử ba mức. Các nghiệm phân tích chính xác của hàm sóng cho các hệ thống nguyên tử–trường được thu được chính xác nhờ kỹ thuật biến đổi Laplace, khi các nguyên tử được chuẩn bị ban đầu ở trạng thái phấn khởi cao nhất và trường lượng tử ở trạng thái đồng pha. Để kiểm tra các đặc tính phi cổ điển của các trạng thái được suy diễn, động lực học của sự rối giữa các tiểu hệ được thảo luận thông qua hai thước đo nổi tiếng, đó là entropy von Neumann của trạng thái giảm và độ âm. Bên cạnh đó, chúng tôi chú ý đến hành vi tạm thời của thống kê lượng tử của các photon của trường và hiện tượng chèn ép. Trong khi đó, ảnh hưởng của trường cổ điển bên ngoài đến các đại lượng vật lý sau đó được phân tích chi tiết. Các kết quả cho thấy rằng các đại lượng được đề cập có thể được điều khiển nhạy cảm qua trường cổ điển bên ngoài. Ngoài ra, các tính toán số liệu cho thấy rằng các đặc tính phi cổ điển trong hệ thống nguyên tử ba mức loại $$\varXi $$ rõ ràng hơn so với hai cấu hình còn lại. Thêm vào đó, đã chỉ ra rằng trong trường hợp đặc biệt của hệ thống nguyên tử loại $$\varLambda $$, hạng của ma trận mật độ giảm của các nguyên tử ba mức không lớn hơn ba, do đó độ âm hoàn toàn nắm bắt sự rối của hệ thống này và sự rối này có thể được tinh chế.
Từ khóa
#nguyên tử ba mức #trường khoang lượng tử #tính phi cổ điển #tình trạng rối #độ âmTài liệu tham khảo
Jaynes, E.T., Cummings, F.W.: Comparison of quantum and semiclassical radiation theories with application to the beam maser. Proc. IEEE 51, 89 (1963)
Cummings, F.W.: Stimulated emission of radiation in a single mode. Phys. Rev. 140, A1051 (1965)
Shore, B.W., Knight, P.L.: The Jaynes–Cummings model. J. Mod. Opt. 40, 1195 (1993)
LaHaye, M.D., Suh, J., Echternach, P.M., Schwab, K.C., Roukes, M.L.: Nanomechanical measurements of a superconducting qubit. Nature 459, 960 (2009)
Irish, E.K., Schwab, K.: Quantum measurement of a coupled nanomechanical resonator–cooper–pair box system. Phys. Rev. B 68, 155311 (2003)
Kukliński, J.R., Madajczyk, J.L.: Strong squeezing in the Jaynes–Cummings model. Phys. Rev. A 37, 3175 (1988)
Rodriguez-Lara, B.M., Moya-Cessa, H., Klimov, A.B.: Combining Jaynes–Cummings and anti-Jaynes–Cummings dynamics in a trapped-ion system driven by a laser. Phys. Rev. A 71, 023811 (2005)
Buck, B., Sukumar, C.V.: Exactly soluble model of atom-phonon coupling showing periodic decay and revival. Phys. Lett. A 81, 132 (1981)
Buck, B., Sukumar, C.V.: Solution of the heisenberg equations for an atom interacting with radiation. J. Phys. A Math. Nucl. Gen. 17, 877 (1984)
Faghihi, M.J., Tavassoly, M.K.: Quantum entanglement and position-momentum entropic squeezing of a moving Lambda-type three-level atom interacting with a single-mode quantized field with intensity-dependent coupling. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 46, 145506 (2013)
Baghshahi, H.R., Tavassoly, M.K.: Entanglement, quantum statistics and squeezing of two \(\varXi \)-type three-level atoms interacting nonlinearly with a single-mode field. Phys. Scr. 89, 075101 (2014)
Faghihi, M.J., Tavassoly, M.K., Bagheri Harouni, M.: Tripartite entanglement dynamics and entropic squeezing of a three-level atom interacting with a bimodal cavity field. Laser Phys. 24, 045202 (2014)
Faghihi, M.J., Tavassoly, M.K., Hatami, M.: Dynamics of entanglement of a three-level atom in motion interacting with two coupled modes including parametric down conversion. Phys. A 407, 100 (2014)
Baghshahi, H.R., Tavassoly, M.K., Behjat, A.: Dynamics of entropy and nonclassicality features of the interaction between a \(\diamondsuit \)-type four-level atom and a single-mode field in the presence of intensity-dependent coupling and Kerr nonlinearity. Commun. Theor. Phys. 62, 430 (2014)
Baghshahi, H.R., Tavassoly, M.K., Behjat, A.: Entropy squeezing and atomic inversion in the \(k\)-photon Jaynes–Cummings model in the presence of Kerr medium and Stark shift: full nonlinear approach. Chin. Phys. B 23, 074203 (2014)
Bougouffa, S., Ficek, Z.: Atoms versus photons as carriers of quantum states. Phys. Rev. A 88, 022317 (2013)
Hessian, H.A., Hashem, M.: Entanglement and purity loss for the system of two 2-level atoms in the presence of the Stark shift. Quantum Inf. Process. 10, 543 (2011)
Ashraf, M.M.: Emission spectra of a \(\varLambda \)-type quantum-beat three-level atom. Phys. Rev. A 50, 741 (1994)
Zait, R.A.: Nonclassical statistical properties of a three-level atom interacting with a single-mode field in a Kerr medium with intensity dependent coupling. Phys. Lett. A 319, 461 (2003)
Obada, A.S.F., Hanoura, S.A., Eied, A.A.: Entanglement of a multi-photon three-level atom interacting with a single-mode field in the presence of nonlinearities. Eur. Phys. J. D 66, 1 (2012)
Obada, A.S.F., Hanoura, S.A., Eied, A.H.: Collapse-revival phenomenon for different configurations of a three-level atom interacting with a field via multi-photon process and nonlinearities. Eur. Phys. J. D 68, 18 (2014)
Boller, K.J., Imamolu, A., Harris, S.E.: Observation of electromagnetically induced transparency. Phys. Rev. Lett. 66, 2593 (1991)
Scully, M.O., Zhu, S.Y., Gavrielides, A.: Degenerate quantum-beat laser: lasing without inversion and inversion without lasing. Phys. Rev. Lett. 62, 2813 (1989)
Scully, M.O., Zubairy, M.S.: Quantum Optics. Cambridge University Press, Cambridge (1997)
Chiu, C.B., Sudarshan, E.C.G., Misra, B.: Time evolution of unstable quantum states and a resolution of Zeno’s paradox. Phys. Rev. D 16, 520 (1977)
Cook, R.J., Kimble, H.J.: Possibility of direct observation of quantum jumps. Phys. Rev. Lett. 54, 1023 (1985)
Tajalli, H., Mahmoudi, M., Izmailov, A.C.: Coherent population trapping in the open three-level cascade system. Laser Phys. 13, 1370 (2003)
Marzoli, I., Cirac, J.I., Blatt, R., Zoller, P.: Laser cooling of trapped three-level ions: designing two-level systems for sideband cooling. Phys. Rev. A 49, 2771 (1994)
Bergmann, K., Theuer, H., Shore, B.W.: Coherent population transfer among quantum states of atoms and molecules. Rev. Mod. Phys. 70, 1003 (1998)
Alsing, P., Guo, D.S., Carmichael, H.J.: Dynamic Stark effect for the Jaynes–Cummings system. Phys. Rev. A 45, 5135 (1992)
Sanchez-Mondragon, J.J., Narozhny, N.B., Eberly, J.H.: Theory of spontaneous-emission line shape in an ideal cavity. Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983)
Varcoe, B.T.H., Brattke, S., Weidinger, M., Walther, H.: Preparing pure photon number states of the radiation field. Nature 403, 743 (2000)
Turchette, Q.A., Hood, C.J., Lange, W., Mabuchi, H., Kimble, H.J.: Measurement of conditional phase shifts for quantum logic. Phys. Rev. Lett. 75, 4710 (1995)
Rauschenbeutel, A., Nogues, G., Osnaghi, S., Bertet, P., Brune, M., Raimond, J.M., Haroche, S.: Coherent operation of a tunable quantum phase gate in cavity qed. Phys. Rev. Lett. 83, 5166 (1999)
Solano, E., Agarwal, G.S., Walther, H.: Strong-driving-assisted multipartite entanglement in cavity qed. Phys. Rev. Lett. 90, 027903 (2003)
Miry, S.R., Tavassoly, M.K., Roknizadeh, R.: Generation of some entangled states of the cavity field. Quantum Inf. Process. doi:10.1007/s11128-014-0856-1
Li, F.L., Gao, S.Y.: Controlling nonclassical properties of the Jaynes–Cummings model by an external coherent field. Phys. Rev. A 62, 043809 (2000)
Dutra, S.M., Knight, P.L., Moya-Cessa, H.: Large-scale fluctuations in the driven Jaynes–Cummings model. Phys. Rev. A 49, 1993 (1994)
Chough, Y.T., Carmichael, H.J.: Nonlinear oscillator behavior in the Jaynes–Cummings model. Phys. Rev. A 54, 1709 (1996)
Gerry, C.C.: Conditional state generation in a dispersive atom–cavity field interaction with a continuous external pump field. Phys. Rev. A 65, 063801 (2002)
Akhtarshenas, S.J., Khezrian, M.: Entanglement dynamics and decoherence of an atom coupled to a dissipative cavity field. Eur. Phys. J. D 57, 271 (2010)
Abdalla, M.S., Bouchne, M.A., Abdel-Aty, M., Yu, T., Obada, A.S.F.: Dynamics of an atom coupled through a parametric frequency converter with quantum and classical fields. Opt. Commun. 283, 2820 (2010)
Lougovski, P., Casagrande, F., Lulli, A., Solano, E.: Strongly driven one-atom laser and decoherence monitoring. Phys. Rev. A 76, 033802 (2007)
Bechmann-Pasquinucci, H., Peres, A.: Quantum cryptography with 3-state systems. Phys. Rev. Lett. 85, 3313 (2000)
Bruß, D., Macchiavello, C.: Optimal eavesdropping in cryptography with three-dimensional quantum states. Phys. Rev. Lett. 88, 127901 (2002)
Kaszlikowski, D., Gnaciński, P., Żukowski, M., Miklaszewski, W., Zeilinger, A.: Violations of local realism by two entangled \(n\)-dimensional systems are stronger than for two qubits. Phys. Rev. Lett. 85, 4418 (2000)
Kafatos, M.: Bell’s Theorem, Quantum Theory and Conceptions of the Universe. Fundamental Theories of Physics. Springer, Berlin (2010)
Mermin, N.D.: Quantum mechanics vs local realism near the classical limit: a bell inequality for spin \(s\). Phys. Rev. D 22, 356 (1980)
Garg, A., Mermin, N.D.: Bell inequalities with a range of violation that does not diminish as the spin becomes arbitrarily large. Phys. Rev. Lett. 49, 901 (1982)
Ardehali, M.: Hidden variables and quantum-mechanical probabilities for generalized spin-\(s\) systems. Phys. Rev. D 44, 3336 (1991)
Greentree, A.D., Schirmer, S.G., Green, F., Hollenberg, L.C.L., Hamilton, A.R., Clark, R.G.: Maximizing the Hilbert space for a finite number of distinguishable quantum states. Phys. Rev. Lett. 92, 097901 (2004)
Dutta, B.K., Mahapatra, P.K.: Electromagnetically induced grating in a three-level \(\xi \)-type system driven by a strong standing wave pump and weak probe fields. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 39, 1145 (2006)
Faghihi, M.J., Tavassoly, M.K.: Dynamics of entropy and nonclassical properties of the state of a \(\lambda \)-type three-level atom interacting with a single-mode cavity field with intensity-dependent coupling in a Kerr medium. J. Phys. B At. Mol. Opt. Phys. 45, 035502 (2012)
Faghihi, M.J., Tavassoly, M.K.: Number-phase entropic squeezing and nonclassical properties of a three-level atom interacting with a two-mode field: intensity-dependent coupling, deformed Kerr medium, and detuning effects. J. Opt. Soc. Am. B 30, 2810 (2013)
Faghihi, M.J., Tavassoly, M.K., Hooshmandasl, M.R.: Entanglement dynamics and position-momentum entropic uncertainty relation of a \(\lambda \)-type three-level atom interacting with a two-mode cavity field in the presence of nonlinearities. J. Opt. Soc. Am. B 30, 1109 (2013)
Makhlin, Y., Schön, G., Shnirman, A.: Quantum-state engineering with Josephson-junction devices. Rev. Mod. Phys. 73, 357 (2001)
You, J.Q., Nori, F.: Superconducting circuits and quantum information. Phys. Today 58, 42 (2005)
You, J.Q., Lam, C.-H., Zheng, H.Z.: Superconducting charge qubits: the roles of self and mutual inductances. Phys. Rev. B 63, 180501 (2001)
You, J.Q., Tsai, J.S., Nori, F.: Scalable quantum computing with Josephson charge qubits. Phys. Rev. Lett. 89, 197902 (2002)
Liu, Y., Wei, L.F., Tsai, J.S., Nori, F.: Controllable coupling between flux qubits. Phys. Rev. Lett. 96, 067003 (2006)
Liu, Y., Sun, C.P., Nori, F.: Scalable superconducting qubit circuits using dressed states. Phys. Rev. A 74, 052321 (2006)
Neeley, M., Ansmann, M., Bialczak, R.C., Hofheinz, M., Lucero, E., O’Connell, A.D., Sank, D., Wang, H., Wenner, J., Cleland, A.N., Geller, M.R., Martinis, J.M.: Emulation of a quantum spin with a superconducting phase qudit. Science 325, 722 (2009)
de Oliveira, F.A.M., Kim, M.S., Knight, P.L., Buzek, V.: Properties of displaced number states. Phys. Rev. A 41, 2645 (1990)
Einstein, A., Podolsky, B., Rosen, N.: Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? Phys. Rev. 47, 777 (1935)
Schrödinger, E.: Die gegenwärtige situation in der quantenmechanik. Naturwissenschaften 23, 823 (1935)
Bennett, C.H., DiVincenzo, D.P.: Quantum information and computation. Nature 404, 247 (2000)
Giovannetti, V., Lloyd, S., Maccone, L.: Quantum-enhanced measurements: beating the standard quantum limit. Science 306, 1330 (2004)
Jennewein, T., Simon, C., Weihs, G., Weinfurter, H., Zeilinger, A.: Quantum cryptography with entangled photons. Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000)
Ganguly, N., Adhikari, S., Majumdar, A.S., Chatterjee, J.: Entanglement witness operator for quantum teleportation. Phys. Rev. Lett. 107, 270501 (2011)
Gühne, O., Tóth, G.: Entanglement detection. Phys. Rep. 474, 1 (2009)
Horodecki, R., Horodecki, P., Horodecki, M., Horodecki, K.: Quantum entanglement. Rev. Mod. Phys. 81, 865 (2009)
Akhtarshenas, S.J., Farsi, M.: Negativity as entanglement degree of the Jaynes–Cummings model. Phys. Scr. 75, 608 (2007)
Sainz, I., Björk, G.: Entanglement invariant for the double Jaynes–Cummings model. Phys. Rev. A 76, 042313 (2007)
de Paula, A.L., de Oliveira, J.G.G., de Faria, J.G.P., Freitas, D.S., Nemes, M.C.: Entanglement dynamics of many-body systems: analytical results. Phys. Rev. A 89, 022303 (2014)
Vedral, V., Plenio, M.B., Jacobs, K., Knight, P.L.: Statistical inference, distinguishability of quantum states, and quantum entanglement. Phys. Rev. A 56, 4452 (1997)
Wootters, W.K.: Entanglement of formation of an arbitrary state of two qubits. Phys. Rev. Lett. 80, 2245 (1998)
Wootters, W.K.: Entanglement of formation and concurrence. Quantum Inf. Comput. 1, 27 (2001)
Vidal, G., Werner, R.F.: Computable measure of entanglement. Phys. Rev. A 65, 032314 (2002)
Phoenix, S.J.D., Knight, P.L.: Fluctuations and entropy in models of quantum optical resonance. Ann. Phys. 186, 381 (1988)
Araki, H., Lieb, E.H.: Entropy inequalities. Commun. Math. Phys. 18, 160 (1970)
Barnett, S.M., Phoenix, S.J.D.: Information theory, squeezing, and quantum correlations. Phys. Rev. A 44, 535 (1991)
Childs, L.N.: A Concrete Introduction to Higher Algebra. Undergraduate Texts in Mathematics. Springer, Berlin (2009)
Li, M., Fei, S.-M.: Measurable bounds for entanglement of formation. Phys. Rev. A 82, 044303 (2010)
Eltschka, C., Siewert, J.: Negativity as an estimator of entanglement dimension. Phys. Rev. Lett. 111, 100503 (2013)
Peres, A.: Separability criterion for density matrices. Phys. Rev. Lett. 77, 1413 (1996)
Horodecki, M., Horodecki, P., Horodecki, R.: Separability of mixed states: necessary and sufficient conditions. Phys. Lett. A 223, 1 (1996)
Życzkowski, K., Horodecki, P., Sanpera, A., Lewenstein, M.: Volume of the set of separable states. Phys. Rev. A 58, 883 (1998)
Simon, R.: Peres–Horodecki separability criterion for continuous variable systems. Phys. Rev. Lett. 84, 2726 (2000)
Werner, R.F., Wolf, M.M.: Bound entangled Gaussian states. Phys. Rev. Lett. 86, 3658 (2001)
Horodecki, P., Lewenstein, M., Vidal, G., Cirac, I.: Operational criterion and constructive checks for the separability of low-rank density matrices. Phys. Rev. A 62, 032310 (2000)
Mandel, L.: Sub-poissonian photon statistics in resonance fluorescence. Opt. Lett. 4, 205 (1979)
Agarwal, G.S., Tara, K.: Nonclassical character of states exhibiting no squeezing or sub-poissonian statistics. Phys. Rev. A 46, 485 (1992)
Bachor, H.A., Ralph, T.C.: A guide to experiments in quantum optics. In: Bachor, H.-A., Ralph, T.C. (eds.) A Guide to Experiments in Quantum Optics, 2nd edn. Revised and Enlarged Edition, pp. 434. ISBN 3-527-40393-0. Wiley-VCH, 1 (2004)
Kimble, H.J., Walls, D.: Squeezed states of the electromagnetic field: introduction to feature issue. JOSA B 4, 1449 (1987)
Hillery, M.: Squeezing of the square of the field amplitude in second harmonic generation. Opt. Commun. 62, 135 (1987)
Collett, M.J., Gardiner, C.W.: Squeezing of intracavity and traveling-wave light fields produced in parametric amplification. Phys. Rev. A 30, 1386 (1984)
Perina, J.: Quantum Statistics of Linear and nonlinear Optical Phenomena. Springer, Berlin (1991)