論文の概要: Entanglement and correlations in an exactly-solvable model of a
Bose-Einstein condensate in a cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.08138v1
- Date: Tue, 14 Nov 2023 13:06:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-15 14:15:58.218769
- Title: Entanglement and correlations in an exactly-solvable model of a
Bose-Einstein condensate in a cavity
- Title（参考訳）: 空洞内のボース・アインシュタイン凝縮体の完全可解模型における絡み合いと相関
- Authors: Ofir E. Alon and Lorenz S. Cederbaum
- Abstract要約: このモデルは、ボゾン浴に結合した閉じ込められたBECに対する調和-相互作用モデルの一般化と見なすことができる。
応用として、空洞内の非相互作用ボソンに対する基本的関心の特定の事例について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: An exactly solvable model of a trapped interacting Bose-Einstein condensate
(BEC) coupled in the dipole approximation to a quantized light mode in a cavity
is presented. The model can be seen as a generalization of the
harmonic-interaction model for a trapped BEC coupled to a bosonic bath. After
obtaining the ground-state energy and wavefunction in closed form, we focus on
computing the correlations in the system. The reduced one-particle density
matrices of the bosons and the cavity are constructed and diagonalized
analytically, and the von Neumann entanglement entropy of the BEC and the
cavity is also expressed explicitly as a function of the number and mass of the
bosons, frequencies of the trap and cavity, and the cavity-boson coupling
strength. The results allow one to study the impact of the cavity on the bosons
and vice versa on an equal footing. As an application we investigate a specific
case of basic interest for itself, namely, non-interacting bosons in a cavity.
We find that both the bosons and the cavity develop correlations in a
complementary manner while increasing the coupling between them. Whereas the
cavity wavepacket broadens in Fock space, the BEC density saturates in real
space. On the other hand, while the cavity depletion saturates, and hence does
the BEC-cavity entanglement entropy, the BEC becomes strongly correlated and
eventually increasingly fragmented. The latter phenomenon implies single-trap
fragmentation of otherwise ideal bosons, where their induced long-range
interaction is mediated by the cavity. Finally, as a complimentary
investigation, the mean-field equations for the BEC-cavity system are solved
analytically as well, and the breakdown of mean-field theory for the cavity and
the bosons with increasing coupling is discussed. Further applications are
envisaged.
- Abstract（参考訳）: 双極子近似に結合した相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)をキャビティ内の量子化光モードに正確に解けるモデルを示す。
このモデルは、ボゾン浴に結合した閉じ込められたBECに対する調和相互作用モデルの一般化と見なすことができる。
基底状態エネルギーと波動関数を閉じた形で求めた後、システムの相関を計算することに集中する。
ボソンとキャビティの還元された1粒子密度行列を解析的に構築して対角化し、becとキャビティのフォン・ノイマン絡みエントロピーをボソンの数と質量、トラップとキャビティの周波数、キャビティとボソンの結合強度の関数として明示的に表現する。
この結果により、キャビティがボソンに与える影響を研究でき、その逆も等しく足場に影響を及ぼすことができる。
応用として、空洞内の非相互作用ボソンに対する基本的関心の特定の事例について検討する。
その結果, ボソンと空洞は相補的に相関関係を発達し, 両者の結合性は増大することがわかった。
空洞の波束はフォック空間で広がるが、BEC密度は実空間で飽和する。
一方、空洞の枯渇は飽和し、したがってBECキャビティの絡み合いエントロピーは飽和するが、BECは強く相関し、最終的には分裂する。
後者の現象は、イデアルボソンの単一トラップ断片化を意味し、その誘導された長距離相互作用はキャビティによって媒介される。
最後に、補足的な研究として、becキャビティ系の平均場方程式を解析的に解き、結合を増加させるキャビティとボソンの平均場理論の崩壊について論じる。
さらなる応用が検討されている。
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