物理学。Rev.A 89，052332（2014）-动态控制陷阱中的纠缠粒子

动态控制陷阱中的纠缠粒子

Thomas Stefan Häberle和Matthias Freyberger

物理学。版次A89，052332–2014年5月29日出版

摘要

我们通过动态改变两个碰撞粒子共同陷阱的频率来控制它们之间的运动纠缠。特别是，我们将可能的频率限制在一个狭窄的区间内，并将粒子的平均能量限制在最大值。为了解决这个受限优化问题，我们提出了一种改进的梯度法。事实证明，由碰撞产生的运动纠缠可以大大改善。

收到日期：2013年11月12日

DOI（操作界面）：https://doi.org/10.103/PhysRevA.89.052332

作者和附属机构

托马斯·斯特凡·哈伯勒和马蒂亚斯·弗雷伯格

德国乌尔姆D-89069乌尔姆乌尔姆大学量子科学与技术研究所和集成量子科学技术中心（IQST）

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第89卷，第。2014年5月5日

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图1
（a）优化的静态陷阱频率 ${u个}_{S公司}$ 显示为缩放演化时间的函数 $ω_{0} T型$ 对于相互作用强度 $克 = \frac{三}{4} ɛ_{0} 我_{0}$ [参见公式(2)]和初始粒子距离 $对 = 5 我_{0}$ [参见公式(4)]. 请注意 ${u个}_{S公司}$ 仅限于间隔 ${u个}_{S公司} \in [0.9, 1.1]$ 。此外，最大允许能量已设置为 ${E类}_{最大} = 25 ɛ_{0}$ 我们清楚地看到陷阱频率 ${u个}_{S公司}$ 很大程度上取决于时间 $T型$ 为此，我们希望实现粒子之间的最大纠缠。作为示例，我们在面板（b）中演示了冯·诺依曼熵的时间演化 $S公司$ 直到最后一次 $T型 = 8 π / ω_{0}$ 计算出相应的优化静态陷波频率。中的可见步骤 $S公司$ 是陷阱中心碰撞粒子的特征。最初，每次碰撞都会给粒子添加纠缠。然而，第七次碰撞已经开始将它们解开。冯·诺依曼熵中的这些步骤与平均相互作用能的峰值同步 ${E类}_{整数} (t吨)$ ，等式(17)，如面板（c）所示。这进一步显示了运动纠缠有时会发生变化，因此粒子很有可能处于陷阱的中心。
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图2
冯·诺依曼熵测量的受控（红色实线）和优化的非受控（蓝色虚线）纠缠 $S公司$ 作为缩放的最终时间的函数 $ω_{0} T型$ 在面板（a）中，已选择基本参数，如图1然而，在面板（b）中，我们改变陷阱频率 $ω (t吨)$ 通过 $\pm 20 %$ 而不是 $\pm 10 %$ 如面板（a）所示。在这两种情况下，最大允许能量值再次设置为 ${E类}_{最大} = 25 ɛ_{0}$ 很明显，动态陷阱可以显著改善纠缠，尤其是更长时间的纠缠。因此，对经典参数的控制将导致两个粒子运动中更强的非经典关联。
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图3
（a）控制功能 $φ (t吨)$ 最终达到最大纠缠 $T型 = 8 π / ω_{0}$ 所有参数均已选择，如图所示1最大允许能量值再次设置为 ${E类}_{最大} = 25 ɛ_{0}$ 。此控制功能将导致缩放陷阱频率 $u个 (t吨)$ [等式(7)]如面板（b）所示。控制限制产生了一个相对简单且几乎是矩形的信号来晃动陷阱。纠缠的相应时间演化 $S公司$ 在面板（c）中描述为红色实心曲线。我们在这里将其与图中所示的优化静态陷阱（蓝色虚线）中的演化进行比较1陷阱随时间变化的陡度冲淡了纠缠中独特的阶梯行为，但最终导致了相当大的改善 $T型 = 8 π / ω_{0}$ 最后，我们在面板（d）中看到，相互作用能的独特峰状结构 ${E类}_{整数}$ 在静态情况下[蓝色虚线曲线，另请参见图1]也被受控陷阱（红色实心曲线）抹掉了。这表明，在控制下，粒子在相互作用区域停留的时间更长。
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图4
我们显示了平均能量 $E类 (t吨)$ [等式(8)]在受控（红色实线）和优化的静态（蓝色虚线）陷阱中，作为标度时间的函数 $ω_{0} t吨$ 我们清楚地看到了这一点 $E类 (t吨)$ 总是保持在下方 ${E类}_{最大} = 25 ɛ_{0}$ 请注意，即使平均能量低于优化静态陷阱中的总能量，受控陷阱中的纠缠也会在一个较宽的时间窗口中得到改善。
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体检A

涵盖原子、分子、光学物理和量子信息

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