論文の概要: Engineering interactions by collective coupling of atom pairs to cavity photons for entanglement generation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.14461v2
• Date: Mon, 10 Mar 2025 10:51:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-11 15:39:33.381485
• Title: Engineering interactions by collective coupling of atom pairs to cavity photons for entanglement generation
• Title（参考訳）: 絡み合い発生のための原子対と空洞光子との集合結合による工学的相互作用
• Authors: Sankalp Sharma, Jan Chwedeńczuk, Tomasz Wasak,
• Abstract要約: 工学的な原子と原子の相互作用は、新しい物質の相を制御し、多体の絡み合った状態の効率的な調製に不可欠である。 誘導原子-光子相互作用は、2モード超低温ボソンにおいて頑健な多体絡みを生じさせることを示す。 本研究は, ハイブリッド原子-光子系における光と物質の新しい位相を研究するために, 原子-原子相互作用の工学的手法を開拓するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Engineering atom-atom interactions is essential both for controlling novel phases of matter and for efficient preparation of many-body entangled states, which are key resources in quantum communication, computation, and metrology. In this work, we propose a scheme to tailor these interactions by coupling driven atom pairs to optical cavity photons via a molecular state in the dispersive regime, resulting in an effective photon-field-dependent potential. As an illustrative example, by analyzing the quantum Fisher information, we show that such induced interactions can generate robust many-body entanglement in two-mode ultracold bosons in an optical cavity. By tuning the photon-induced interactions through the cavity drive, we identify conditions for preparing highly entangled states on timescales that mitigate decoherence due to photon loss. Our results show that entanglement formation rate scales strongly with both photon and atom number, dramatically reducing the timescale compared to bare atomic interactions. We also identify an optimal measurement for exploiting the metrological potential of the atomic state in an interferometric protocol with significant photon losses, saturating the quantum Cramer-Rao lower bound. Furthermore, we show that despite these losses the atomic state exhibits strong Bell correlations. Our results pave the way for engineering atom-atom interactions to study novel phases of light and matter in hybrid atom-photon systems, as well as for tailoring complex quantum states for new quantum technology protocols and fundamental tests of quantum mechanics.
• Abstract（参考訳）: 工学的な原子と原子の相互作用は、新しい物質相の制御と、量子通信、計算、気象学において重要な資源である多体絡み合った状態の効率的な調製の両方に不可欠である。 本研究では, 分散状態の分子状態を介して光共振器光子と駆動原子対を結合させることにより, これらの相互作用を調整し, 有効光子場依存電位を与える手法を提案する。 図示的な例として、量子フィッシャー情報を解析することにより、光キャビティ内の2モードの超低温ボソンにおいて、そのような誘導された相互作用が堅牢な多体絡みを生じさせることを示す。 キャビティドライブを介して光子誘起相互作用を調整することにより、光子損失による脱コヒーレンスを緩和する時間スケールにおいて、高い絡み合った状態を作成する条件を特定する。 その結果, 絡み合い形成速度は光子, 原子数ともに強くスケールし, 原子間相互作用に比べて時間スケールが劇的に小さくなることがわかった。 また, 量子クレーマー-ラオ下界を飽和させ, 光子損失の大きいインターフェロメトリープロトコルにおいて, 原子状態のメトロジカルポテンシャルを利用するための最適測定値も同定した。 さらに、これらの損失にもかかわらず、原子状態はベル相関が強いことを示す。 本研究は、原子-原子相互作用の工学的手法を用いて、ハイブリッド原子-光子系における光と物質の新しい位相を研究するとともに、新しい量子技術プロトコルのための複雑な量子状態の調整や量子力学の基礎的なテストを行う。

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