論文の概要: Quantum nondemolition measurement operator with spontaneous emission
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.15704v1
- Date: Fri, 24 May 2024 16:50:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-27 13:11:11.248485
- Title: Quantum nondemolition measurement operator with spontaneous emission
- Title（参考訳）: 自然放出型量子非破壊測定装置
- Authors: Ebubechukwu O. Ilo-Okeke, Tim Byrnes,
- Abstract要約: 本稿では,自然発光の存在下での原子アンサンブルの量子非分解(QND)測定の理論について述べる。
高自然放出条件下では、QND測定は、測定が崩壊する独自の支配的状態を有することを示す。
我々は、原子-光相互作用強度を調整することによって、原子の様々な非古典状態を生成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a theory for quantum nondemolition (QND) measurements of an atomic ensemble in the presence of spontaneous emission. We derive the master equation that governs the evolution of the ground state of the atoms and the quantum state of light. Solving the master equation exactly without invoking the Holstein-Primakoff approximation and projecting out the quantum state of light, we derive a positive operator-valued measure that describes the QND measurement. We show that at high spontaneous emission conditions, the QND measurement has a unique dominant state to which the measurement collapses. We additionally investigate the behavior of the QND measurement in the limiting case of strong atom-light interactions, where we show that the positive operator valued measure becomes a projection operator. We further analyze the effect of spontaneous emission noise on atomic state preparation. We find that it limits the width of the eigenvalue spectrum available to a quantum state in a linear superposition. This effect leads to state collapse on the dominant state. We generate various non-classical states of the atom by tuning the atom-light interaction strength. We find that non-classical states such as the Schr\"odinger-cat state, whose coherence spans the entire eigenvalue spectrum of the total spin operator $J_z$ for a given spin eigenvalue $J$, lose their coherence because spontaneous emission limits the accessibility of states farther away from the dominant state.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,自然発光の存在下での原子アンサンブルの量子非分解(QND)測定の理論について述べる。
我々は、原子の基底状態と光の量子状態の進化を支配するマスター方程式を導出する。
ホルシュタイン・プリマコフ近似を起こさずにマスター方程式を正確に解き、光の量子状態を投影し、QND測定を記述する正の演算子評価測度を導出する。
高自然放出条件下では、QND測定は、測定が崩壊する独自の支配的状態を有することを示す。
さらに、強い原子-光相互作用の制限の場合におけるQND測定の挙動について検討し、正の作用素値が射影作用素となることを示す。
さらに, 自然発生騒音が原子状態形成に及ぼす影響を解析した。
線形重ね合わせにおいて量子状態に利用可能な固有値スペクトルの幅を制限することが分かる。
この効果は、支配国家に国家の崩壊をもたらす。
我々は、原子-光相互作用強度を調整することによって、原子の様々な非古典状態を生成する。
与えられたスピン固有値$J$に対して、スピン作用素$J_z$の全固有値スペクトルにコヒーレンスがあるシュリンガー・キャット状態のような古典的でない状態は、自然放出が支配状態から遠く離れた状態のアクセシビリティを制限するため、コヒーレンスを失う。
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