論文の概要: Entropy transfer from a quantum particle to a classical coherent light field

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.03780v1
• Date: Sat, 8 May 2021 21:20:11 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-01 03:19:37.913432
• Title: Entropy transfer from a quantum particle to a classical coherent light field
• Title（参考訳）: 量子粒子から古典的コヒーレント光場へのエントロピー移動
• Authors: John P. Bartolotta, Simon B. J\"ager, Jarrod T. Reilly, Matthew A. Norcia, James K. Thompson, Graeme Smith, Murray J. Holland
• Abstract要約: 我々は,光空洞内の量子粒子とコヒーレント状態の相互作用を含む簡単なゲダンケン実験を開発し,理論的に解析する。 我々は、その初期状態と平衡状態の忠実度を測定することにより、光場の変化を定量化する。 自然放出は粒子に蓄積されたエントロピーを除去するのに十分なメカニズムであることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.104352271917982
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In the field of light-matter interactions, it is often assumed that a classical light field that interacts with a quantum particle remains almost unchanged and thus contains nearly no information about the manipulated particles. To investigate the validity of this assumption, we develop and theoretically analyze a simple Gedankenexperiment which involves the interaction of a coherent state with a quantum particle in an optical cavity. We quantify the resulting alteration of the light field by measuring the fidelity of its initial and equilibrium states. Using Bayesian inference, we demonstrate the information transfer through photon measurements. In addition, we employ the concepts of quantum entropy and mutual information to quantify the entropy transfer from the particle to the light field. In the weak coupling limit, we validate the usually assumed negligible alteration of the light field and entropy transfer. In the strong coupling limit, however, we observe that the information of the initial particle state can be fully encoded in the light field, even for large photon numbers. Nevertheless, we show that spontaneous emission is a sufficient mechanism for removing the entropy initially stored in the particle. Our analysis provides a deeper understanding of the entropy exchange between quantum matter and classical light.
• Abstract（参考訳）: 光-物質相互作用の分野では、量子粒子と相互作用する古典的な光場はほとんど変化せず、したがって操作された粒子に関する情報はほとんど含まないとしばしば仮定される。 この仮定の妥当性を検討するために,コヒーレント状態と量子粒子の相互作用を光学キャビティ内で包含する簡単なゲダンケン実験を開発し,理論的に解析した。 我々は,その初期状態と平衡状態の忠実性を測定することにより,光場の変化を定量化する。 ベイズ推定を用いて光子計測による情報伝達を実証する。 さらに,量子エントロピーの概念と相互情報を用いて粒子から光場へのエントロピー移動を定量化する。 弱い結合限界では、通常想定される光場とエントロピー移動の無視可能な変化が検証される。 しかし、強い結合限界では、大光子数であっても、初期粒子状態に関する情報が光場に完全にエンコードできることが観察される。 しかし, 自然放出は粒子に蓄えられたエントロピーを除去するのに十分な機構であることを示す。 我々の分析は、量子物質と古典光の間のエントロピー交換をより深く理解する。

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