Ihållande icke-lokalitet i en ultrakall atommiljö

Ihållande icke-lokalitet i en ultrakall atommiljö

Tidsstämpel: 26 januari 2023 8:38

Bradley Longstaff och Jonatan Bohr Brask

Institutionen för fysik, Danmarks Tekniske Universitet, Fysikvej, 2800 Kgs. Lyngby, Danmark

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Vi undersöker icke-lokala kvantkorrelationer som uppstår mellan flera föroreningsatomer på två nivåer kopplade till en ultrakall bosonisk gas. Vi finner att den miljöinducerade dynamiken i föroreningsundersystemet kan generera icke-lokala tillstånd som är robusta mot brus och bryter mot en multipartit Bell-olikhet när projektiva spinnmätningar görs. Genuin flerparts icke-lokalitet observeras också i ett system med tre föroreningar. Vi visar att icke-markoviska effekter, och beständigheten av koherenser i föroreningsundersystemet, är avgörande för att förhindra fullständig förlust av icke-lokalitet och möjliggör att icke-lokala korrelationer kan genereras och bibehållas under långa tidsperioder.

Ihållande icke-lokalitet i en ultrakall atommiljö PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

Utvald bild: Föroreningsatomer kopplade till en ultrakall bosonisk gas i ett endimensionellt gitter visar äkta flerdelad icke-lokalitet.

► BibTeX-data

► Referenser

[1] R. Horodecki, P. Horodecki, M. Horodecki och K. Horodecki. "Kvantsammanflätning". Rev. Mod. Phys. 81, 865–942 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.81.865

[2] R. Jozsa och N. Linden. "Om trasslingens roll i kvantberäkningshastigheten". Proc. R. Soc. Lond. A 459, 2011–2032 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2002.1097

[3] V. Giovannetti, S. Lloyd och L. Maccone. "Kvantmetrologi". Phys. Rev. Lett. 96, 010401 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.96.010401

[4] A. Einstein, B. Podolsky och N. Rosen. "Kan en kvantmekanisk beskrivning av den fysiska verkligheten anses vara fullständig?". Phys. Upps. 47, 777–780 (1935).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.47.777

[5] J. Bell. "Om Einstein Podolsky Rosen-paradoxen". Physics 1, 195–200 (1964).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195

[6] N. Brunner, D. Cavalcanti, S. Pironio, V. Scarani och S. Wehner. "Block nonlocality". Rev. Mod. Phys. 86, 419–478 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.86.419

[7] B. Hensen, H. Bernien, A. Dréau, et al. "Kränkning av ojämlikhet utan kryphål genom att använda elektronsnurr åtskilda med 1.3 kilometer". Nature 526, 682–686 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15759

[8] LK Shalm et al. "Starkt kryphålsfritt test av lokal realism". Phys. Rev. Lett. 115, 250402 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250402

[9] M. Giustina et al. "Betydande kryphålsfritt test av klockans teorem med intrasslade fotoner". Phys. Rev. Lett. 115, 250401 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.250401

[10] R. Colbeck. "Kvantum och relativistiska protokoll för säker flerpartsberäkning". Ph.D. Avhandling, University of Cambridge (2009). arXiv:0911.3814 [quant-ph].
arXiv: 0911.3814

[11] S. Pironio, A. Acín, S. Massar, A. Boyer de la Giroday, DN Matsukevich, P. Maunz, S. Olmschenk, D. Hayes, L. Luo, TA Manning och C. Monroe. "Slumptal certifierade av klockans teorem". Nature 464, 1021–1024 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09008

[12] S. Pironio, A. Acín, N. Brunner, N. Gisin, S. Massar och V. Scarani. "Enhetsoberoende kvantnyckeldistribution säker mot kollektiva attacker". New J. Phys. 11, 045021 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​4/​045021

[13] G. De Chiara och A. Sanpera. "Äkta kvantkorrelationer i kvantsystem för många kroppar: en översyn av de senaste framstegen". Reports on Progress in Physics 81, 074002 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1088/​1361-6633/​aabf61

[14] RF Werner. "Kvanttillstånd med einstein-podolsky-rosen-korrelationer som medger en dold-variabel modell". Phys. Rev. A 40, 4277 (1989).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.40.4277

[15] J. Barrett. "Icke-sekventiella positiva operatörsvärderade mätningar på intrasslade blandade tillstånd bryter inte alltid mot en klockolikhet". Phys. Rev. A 65, 042302 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.042302

[16] J. Tura, R. Augusiak, AB Sainz, T. Vértesi, M. Lewenstein och A. Acín. "Detektera icke-lokalitet i kvanttillstånd med många kroppar". Science 344, 1256–1258 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1247715

[17] Z. Wang, S. Singh och M. Navascués. "Intrassling och icke-lokalitet i oändliga 1d-system". Phys. Rev. Lett. 118, 230401 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.230401

[18] DL. Deng. "Maskininlärningsdetektering av klockas icke-lokalitet i kvantsystem för många kroppar". Phys. Rev. Lett. 120, 240402 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.240402

[19] E. Oudot, JD. Bancal, P. Sekatski och N. Sangouard. "Tvådelad icke-lokalitet med ett system med många kroppar". New Journal of Physics 21, 103043 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab4c7c

[20] T Wasak och J. Chwedeńczuk. "Block ojämlikhet, einstein-podolsky-rosen styrning och kvantmetrologi med spinor bose-einstein kondensat". Phys. Rev. Lett. 120, 140406 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.140406

[21] M. Fadel och J. Tura. "Klockakorrelationer vid ändlig temperatur". Quantum 2, 107 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-11-19-107

[22] A. Piga, A. Aloy, M. Lewenstein och I. Frérot. "Block-korrelationer vid ising av kvantkritiska punkter". Phys. Rev. Lett. 123, 170604 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.170604

[23] A. Bene Watts, N. Yunger Halpern och A. Harrow. "Icke-linjär klockolikhet för makroskopiska mätningar". Phys. Rev. A 103, L010202 (2021).
https://doi.org/ 10.1103/PhysRevA.103.L010202

[24] I. Frérot och T. Roscilde. "Detektera icke-lokalitet med många kroppsklockor genom att lösa ising-modeller". Phys. Rev. Lett. 126, 140504 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.140504

[25] J. Kitzinger, X. Meng, M. Fadel, V. Ivannikov, K. Nemoto, WJ. Munro och T. Byrnes. "Block-korrelationer i ett delat tvåläges-pressat bose-einstein-kondensat". Phys. Rev. A 104, 043323 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.043323

[26] CHS Vieira, C. Duarte, RC Drumond och M. Terra Cunha. "Klockans icke-lokalitet i kvantsystem med många kroppar med exponentiell sönderfall av korrelationer". Brazilian Journal of Physics 51, 1603–1616 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s13538-021-00998-1

[27] B. Kraus, HP Büchler, S. Diehl, A. Kantian, A. Micheli och P. Zoller. "Förberedelse av intrasslade tillstånd genom kvantmarkovprocesser". Phys. Rev. A 78, 042307 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.042307

[28] F. Verstraete, MM Wolf och JI Cirac. "Kvantberäkning och kvanttillståndsteknik drivs av försvinnande". Nature Physics 17, 633–636 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1342

[29] G. Vacanti och A. Beige. "Kylning av atomer till intrasslade tillstånd". New J. Phys. 11, 083008 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​8/​083008

[30] C. Aron, M. Kulkarni och HE Türeci. "Steady-state intrassling av rumsligt separerade qubits via quantum bath engineering". Phys. Rev. A 90, 062305 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.062305

[31] S. Schneider och GJ Milburn. "Intrassling i det stabila tillståndet av en kollektiv-vinkelmomentum (dick) modell". Phys. Rev. A 65, 042107 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.042107

[32] HY Yuan, P. Yan, S. Zheng, QY He, K. Xia och M. Yung. "Steady bell state generation via magnon-foton-koppling". Phys. Rev. Lett. 124, 053602 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.053602

[33] MB Plenio och SF Huelga. "Intrasslat ljus från vitt brus". Phys. Rev. Lett. 88, 197901 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.197901

[34] JB Brask, G. Haack, N. Brunner och M. Huber. "Autonom kvanttermisk maskin för att generera steady-state intrassling". New J. Phys. 17, 113029 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​17/​11/​113029

[35] JB Brask, F. Clivaz, G. Haack och A. Tavakoli. "Operationell icke-klassicitet i minimala autonoma termiska maskiner". Quantum 6, 672 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-03-22-672

[36] J. Zou, S. Zhang och Y. Tserkovnyak. "Klocktillståndsgenerering för spin-qubits via dissipativ koppling". Phys. Rev. B 106, L180406 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.106.L180406

[37] D. Jaksch, C. Bruder, JI Cirac, CW Gardiner och P. Zoller. "Kalla bosoniska atomer i optiska gitter". Phys. Rev. Lett. 81, 3108 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.81.3108

[38] F. Cosco, M. Borrelli, JJ Mendoza-Arenas, F. Plastina, D. Jaksch och S. Maniscalco. "Bose-hubbard gitter som en kontrollerbar miljö för öppna kvantsystem". Phys. Rev. A 97, 040101(R) (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.040101

[39] F. Caleffi, M. Capone, I. de Vega och A. Recati. "Föroreningsavfasning i en bose-hubbard-modell". New J. Phys 23, 033018 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / abe080

[40] P. Haikka, S. McEndoo, G. De Chiara, GM Palma och S. Maniscalco. "Kvantifiera, karakterisera och kontrollera informationsflödet i ultrakalla atomgaser". Phys. Rev. A 84, 031602(R) (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.031602

[41] H.-P. Breuer, E.-M. Laine och J. Piilo. "Mät för graden av icke-markoviskt beteende hos kvantprocesser i öppna system". Phys. Rev. Lett. 103, 210401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.210401

[42] S. McEndoo, P. Haikka, G. De Chiara, GM Palma och S. Maniscalco. "Intrasslingskontroll via reservoarteknik i ultrakalla atomgaser". Europhys. Lett. 101, 60005 (2013).
https:/​/​doi.org/​10.1209/​0295-5075/​101/​60005

[43] JI Cirac och P. Zoller. "Kvantberäkningar med kallfångade joner". Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.74.4091

[44] K. Mølmer och A. Sørensen. "Multiparticle intrassling av heta fångade joner". Phys. Rev. Lett. 82, 1835 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.1835

[45] A. Klein och M. Fleischhauer. "Interaktion mellan föroreningsatomer i bose-einstein-kondensat". Phys. Rev. A 71, 033605 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.033605

[46] J. Catani, G. Lamporesi, D. Naik, M. Gring, M. Inguscio, F. Minardi, A. Kantian och T. Giamarchi. "Kvantdynamik hos föroreningar i en endimensionell bosegas". Phys. Rev. A 85, 023623 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.023623

[47] N. Spethmann, F. Kindermann, S. John, C. Weber, D. Meschede och A. Widera. "Dynamik av enstaka neutrala föroreningsatomer nedsänkta i en ultrakall gas". Phys. Rev. Lett. 109, 235301 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.235301

[48] J. Catani, G. Barontini, G. Lamporesi, F. Rabatti, G. Thalhammer, F. Minardi, S. Stringari och M. Inguscio. "Entropiutbyte i en blandning av ultrakalla atomer". Phys. Rev. Lett. 103, 140401 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.140401

[49] TJ Elliott och TH Johnson. "Oförstörande undersökning av medel, varianser och korrelationer av tätheter i ultrakalla atomer via qubit-föroreningar". Phys. Rev. A 93, 043612 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.043612

[50] M. Streif, A. Buchleitner, D. Jaksch och J. Mur-Petit. "Mätning av korrelationer av kalla atomsystem med hjälp av flera kvantsonder". Phys. Rev. A 94, 053634 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.053634

[51] D. van Oosten, P. van der Straten och HTC Stoof. "Kvantfaser i ett optiskt gitter". Phys. Rev. A 63, 053601 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.63.053601

[52] RF Werner och MM Wolf. "All-multipartite bell-correlation ojämlikheter för två dikotoma observerbara per plats". Phys. Rev. A 64, 032112 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.032112

[53] M. Żukowski och C. Brukner. "Bells teorem för allmänna n-qubit-tillstånd". Phys. Rev. Lett. 88, 210401 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.210401

[54] G. Svetlichny. "Att skilja tre kroppar från två kroppar som inte kan separeras genom en klockliknande ojämlikhet". Phys. Rev. D 35, 3066 (1987).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.35.3066

[55] J.-D. Bancal, J. Barrett, N. Gisin och S. Pironio. "Definitioner av icke-lokalitet med flera partier". Phys. Rev. A 88, 014102 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.014102

[56] ML Almeida, S. Pironio, J. Barrett, G. Toth och A. Acín. "Brus robusthet av icke-lokaliteten av intrasslade kvanttillstånd". Phys. Rev. Lett. 99, 040403 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.040403

[57] S. Sarkar, S. McEndoo, D. Schneble och AJ Daley. "Interspecies intrassling med föroreningsatomer i en gittergas". New J. Phys. 22, 083017 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab9fc1

[58] R. Horodecki, P. Horodecki och M. Horodecki. "Brott mot klockojämlikhet genom blandade spin-12-tillstånd: nödvändigt och tillräckligt tillstånd". Phys. Lett. A 200, 340 (1995).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(95)00214-N

[59] A. Miranowicz. "Brott mot klockojämlikhet och förveckling av ruttnande världsstater". Phys. Lett. A 327, 272 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2004.05.001

[60] GM Palma, KA. Suominen och AK Ekert. "Kvantdatorer och spridning". Proc. R. Soc. Lond. A 452, 567-584 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.1996.0029

[61] MA Cirone, G. De Chiara, GM Palma och A. Recati. "Kollektiv dekoherens av kalla atomer kopplade till ett bose-einstein-kondensat". New J. Phys. 11, 103055 (2009).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​11/​10/​103055

[62] M. Bruderer och D. Jaksch. "Söka fasfluktuationer med atomära kvantprickar". New J. Phys 8, 87 (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​8/​6/​087

[63] KV Hovhannisyan, MR Jørgensen, GT Landi, AM Alhambra, JB Brask och M. Perarnau-Llobet. "Optimal kvanttermometri med grovkorniga mått". PRX Quantum 2, 020322 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.020322

[64] W. Magnus. "Om den exponentiella lösningen av differentialekvationer för en linjär operator". Comm. Pure och Appl. Matematik. 7, 649 (1954).
https: / / doi.org/ 10.1002 / cpa.3160070404

[65] JF Clauser, MA Horne, A. Shimony och RA Holt. "Föreslaget experiment för att testa lokala teorier om dolda variabler". Phys. Rev. Lett. 23, 880 (1969).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.23.880

Citerad av

Det gick inte att hämta Crossref citerade data under sista försök 2023-01-26 13:40:56: Det gick inte att hämta citerade data för 10.22331 / q-2023-01-26-907 från Crossref. Detta är normalt om DOI registrerades nyligen. På SAO / NASA ADS Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2023-01-26 13:40:57).

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

Tidsstämpel:

Mer från Quantum Journal