論文の概要: Entanglement dynamics of Multi-Level Atoms embedded in Photonic Crystals: Leveraging Resonant Dipole Interactions and Quantum Interference

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.18813v2
• Date: Fri, 11 Jul 2025 07:50:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-14 14:01:05.781437
• Title: Entanglement dynamics of Multi-Level Atoms embedded in Photonic Crystals: Leveraging Resonant Dipole Interactions and Quantum Interference
• Title（参考訳）: フォトニック結晶に埋め込まれた多層原子のエンタングルメントダイナミクス:共鳴双極子相互作用と量子干渉の活用
• Authors: Nancy Ghangas, Shubhrangshu Dasgupta,
• Abstract要約: PCキャビティ内に埋め込まれたマルチレベルV型原子系の絡み合いダイナミクスの研究 重要な発見は、共鳴相互作用が、バンドギャップ領域に横たわる光子原子境界状態の局在長と原子間距離が一致したとき、支配的であることを示している。 本分析は,フォトニック結晶環境における絡み合い寿命を制御するための潜在的なツールとしてRDDIと量子干渉を確立した。
• 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 comprehensive investigation of entanglement dynamics in multi-level V-type atomic systems embedded within PC cavities. We mainly focus on the synergistic roles of resonant dipole-dipole interactions and quantum interference through analytical modeling and numerical simulations using the Schrodinger equation. Key findings reveal that resonant interaction dominates when interatomic distances align with the localization length of photon-atom bound states lying in the bandgap region. The entanglement is preserved for extended times due to stronger RDDI, when dipoles of each atom are aligned parallel or anti-parallel for both quantum-correlated and separable initial states. For orthogonally oriented atomic dipoles, initially entangled states display a distinctive oscillatory entanglement behavior characterized by non-Markovian effects such as delayed feedback and entanglement revival. In contrast, initially separable states experience a more rapid decay of entanglement under these conditions. It is mainly driven by destructive interference between vacuum-mediated pathways and bandgap-engineered photonic density of states. We further demonstrate that positioning the atomic excited states deeper within the photonic bandgap accelerates the decay of entanglement oscillations due to the exponential suppression of resonant energy exchange mediated by evanescent modes. Our analysis establishes RDDI and quantum interference as potential tools for controlling entanglement lifetimes in photonic crystal environments, offering new strategies for engineered quantum coherence.
• Abstract（参考訳）: 我々は,PCキャビティ内に埋め込まれたマルチレベルV型原子系における絡み合いのダイナミクスを包括的に調査する。 我々は主に、シュロディンガー方程式を用いた解析モデルと数値シミュレーションによる共鳴双極子-双極子相互作用と量子干渉の相乗的役割に焦点を当てた。 重要な発見は、共鳴相互作用が、バンドギャップ領域に横たわる光子原子境界状態の局在長と原子間距離が一致したとき、支配的であることを示している。 エンタングルメントは、強いRDDIにより長い時間保存され、それぞれの原子のダイポールが、量子関連および分離可能な初期状態の両方に対して平行または反平行に配列されている。 直交配向原子双極子の場合、最初は絡み合った状態は、遅延フィードバックや絡み合いの回復のような非マルコフ効果によって特徴づけられる独特の振動の絡み合いの挙動を示す。 対照的に、当初分離可能な状態はこれらの条件下でより急激な絡み合いの崩壊を経験する。 主に真空媒介経路とバンドギャップを駆動する状態のフォトニック密度の間の破壊的な干渉によって引き起こされる。 さらに,光電子バンドギャップ内での原子励起状態の位置決めは,エバネッセントモードを介する共鳴エネルギー交換の指数的抑制による絡み合い振動の減衰を促進させることを示した。 我々の分析は、フォトニック結晶環境における絡み合い寿命を制御するための潜在的なツールとしてRDDIと量子干渉を確立し、エンジニアリングされた量子コヒーレンスのための新しい戦略を提供する。

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