Entanglement between two dipole-coupled qubits interacting with a detuned thermal field

Е.К. Башкиров

Published Jan 1, 2018• 0 citations

Abstract

В настоящей работе нами исследована динамика перепутывания двух идентичных кубитов, нерезонансным образом взаимодействующих с модой вакуумного или теплового электромагнитного поля идеального резонатора при наличии прямого диполь- дипольного взаимодействия. На основе точного решения рассматриваемой модели найден параметра перепутывания Переса-Хородецких (отрицательность) для кубитов. Проведено численное моделирование параметра перепутывания для различных параметров модели. Показано, что взаимодействие атомов с тепловым полем резонатора может приводить к их перепутыванию. Установлено, что расстройка и диполь-дипольное взаимодействие кубитов может быть использовано для управления и контроля степенью их перепутывания. In this paper we have investigated the dynamics of entanglement of two identical qubits nonresonantly interacting with one mode of a vacuum or a thermal electromagnetic field in lossless resonator in the presence of a direct dipole-dipole interaction. On the basis of the exact solution of the considered model, the Peres- Horodetskii entanglement parameter (negativity) for qubits has been found. Numerical simulation of the negativity for various model parameters has been carried out. It has been shown that the interaction of qubits with the thermal field of the resonator can lead to their entanglement. It has been established that the detuning and dipole-dipole interaction of qubits can be used to manipulate and control the degree of their entanglement.

Related papers

Entangled state lifetime of qubits in external fields calculation by path integral approach

А.А. Бирюков, Марк Александрович Шлеенков

В работе исследуется квантовая перепутанность двух идентичных кубитов, взаимодействующих с электромагнитным полем и друг с другом посредством диполь-дипольного взаимодействия, зависящего от времени. Представлен оригинальный метод численного вычисления статистической матрицы плотности и параметра Переса-Городецких (меры квантовой перепутанности) в рамках формализма интегрирования по траекториям. Используя полученные формулы, мы исследуем зависимость между мерой квантовой перепутанности и амплитудой и частотой величины диполь-дипольного взаимодействия, а также разностью фаз кубитов. Полученные результаты указывают на возможность возбуждения перепутанных состояний с высоким временем жизни. In this paper we study the quantum entanglement of two identical qubits which interact with electromagnetic field and each other by time-dependent dipole-dipole interaction. We develop original method in path integral approach for numerical calculation of density matrix and Peres-Horodecki parameter (the measure of qubits entanglement). By the use of obtained equations we investigate the dependence of quantum entanglement on dipole-dipole interaction amplitude and frequency as well as qubits phase difference. The results indicate on possibility of high-entanglement states exiting and long-time non-destructive control of them.

Jan 1, 20180 citations

Entanglement between artificial atoms and photons of lossless cavities

Е.К. Башкиров, Гуслянникова М.О., Е.К. Bashkirov +1 more

Исследована динамика атом-полевого перепутывания системы двух естественных или искусственных двухуровневых атомов, взаимодействующих с модой квантового электромагнитного поля посредством многофотонных переходов в резонаторе без потерь. Рассмотрены различные начальные состояния атомной подсистемы и интенсивное когерентное поле резонатора. При этом состояния поля и атомов в начальный момент времени считаются сепарабельными. Для малых мультиплетностей показано, что атомы и поле, которые изначально находились в чистом сепарабельном состоянии, могут возвращаться в такое состояние в процессе эволюции. Найдено, что для мультиплетностей m ≥ 3 атомы и поле в процессе эволюции, за исключением начального момента времени, находятся в максимально перепутанном атом-полевом состоянии. The dynamics of atom-field entanglement for two natural or aitificial twolevel atoms interacting with the mode of a quantum electromagnetic field by means of multiphoton transitions in a lossless cavity is investigated. Various initial states of the atomic subsystem and an intensive coherent field of the cavity are considered. The states of the field and atoms at the initial moment are consideied to be separable. For small multiplicities, it is shown that the atoms and the field, which were initially in a pure separable state, can return to this state during the evolution of the model. It is also found that for multiplicities m geq3, the atoms and the field in the process of evolution (with the exception of the initial moment) are in the most entangled atom-field state.

Jan 1, 20180 citations

THE INFLUENCE OF DIPOLE-DIPOLE INTERACTION ON THE ENTANGLEMENT FOR MANY-PHOTON

Michael D. Westmoreland, Â ÂÔÛÚß

Исследовано влияние диполь-дипольного взаимодействия на перепутывание состояний двух атомов и одномодового поля в многофотонной моделиТависа Каммингса в случае когерентного состояния резонаторного поля.Найдено, что диполь-дипольное взаимодействие приводит к стабилизацииатом-полевого перепутывания в случае однофотонной модели.

Jan 1, 20110 citations

Influence of Stark shift on atomic entanglement induced bу a thermal field of one-mode cavitу

Гуслянникова М.О., Е.К. Башкиров

В рамках двухатомной вырожденной двухфотонной модели Джейнса- Каммингса исследовано временная динамика атом-атомного перепутывания для сепарабельных и перепутанных начальных состояний атомов и теплового состояния резонаторного поля. Показано, что для сепарабельного начального атомного состояния атомное перепутывание существенно возрастает за счет наличия динамического штарковского сдвига. Для перепутанных начальных состояний атомов наличие штарковского сдвига приводит к уменьшению амплитуд осцилляций параметра перепутывания и к стабилизации атомного перепутывания. Considering two-atom degenerate two-photon Jaynes-Cummings model, we investigate the entanglement between two atoms prepared initially in the separable or entangled states and the cavity field prepared in a thermal state, and study the effect of the Stark shift on entanglement. The results show that for separable initial atomic state the atom-atom entanglement can be greatly enhanced due to the presence of Stark shift. For entangled initial atomic state the Stark shift reduces the amplitudes of entanglement oscillations and stabilizes the atom-atom entanglement.

Jan 1, 20190 citations

EFFICIENT QUANTUM ALGORITHMS FOR QUANTUM OPTIMAL CONTROL

S.Yu. Tyryshkin

Текущие исследования по разработке передовых квантовых алгоритмов нацелены на создание набора алгоритмических примитивов, которые могут быть использованы в качестве модулей для различных промышленных рабочих процессов.Цель статьи заключается в рассмотрении различных квантовых алгоритмов для оптимального квантового управления.В работе использовались методы систематического обзора литературы, контент-анализа.Всесторонний поиск осуществлялся в соответствии с рекомендациями PRISMA и проводился в базах Scopus, Web of Science и Google Scholar за период с 2022 по 2025 г.Литература для такого обзора отбиралась в базах данных на основании количества цитирований публикаций, импакт-фактора, индекса Хирша журналов.В практической части исследования использовались методы численного оптимального управления и обучения с подкреплением.В статье представлен обзор исследований современных авторов в области ослабления эффектов шума и декогеренции, анализа ошибок квантовых алгоритмов, а также методов оценки и снижения суммарной погрешности.В процессе исследования в качестве перспективного алгоритма для квантового оптимального управления прорабатываются тепловые ансамбли с целью аппроксимации следа унитарной матрицы.Проводится аналитическая связь между алгоритмом Ахаронова для получения полинома Джонса.Отдельно рассмотрены трехпрядевые косы и их унитарные представления, а также представления на основе тепловых ансамблей.Показана методика измерения математического ожидания фазово-чувствительного оператора обнаружения ансамбля.Доказано преимущество приведенного алгоритма для квантового оптимального управления.Рассмотрен вариационный квантовый алгоритм и его особенности.В работе получены результаты сравнительного анализа наиболее распространенных квантовых алгоритмов оптимального управления.Обозначены пути их усовершенствования с указанием характерных особенностей для каждой модели.Также отмечено, что перспективным направлением дальнейших изысканий является изучение возможностей пересечения областей квантовой механики и машинного обучения, что может привести к созданию новых подходов к управлению квантовыми системами, улучшению существующих алгоритмов.

Современные наукоемкие технологии (Modern High Technologies)Jan 1, 20250 citations

NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE AND THE PROBLEM OF CREATING A QUANTUM COMPUTER

Vladimir Kirillivich Voronov, O. V. Dudareva, L.A. Geraschenko

В работе обсуждаются возможности использования явления ядерного магнитного резонанса в решении проблем, связанных с созданием квантовых компьютеров.В связи с этим отмечается, что явление ядерного магнитного резонанса высокого разрешения было впервые применено для иллюстрации возможности создания простейшего квантового алгоритма.Роль квантовых кубитов выполняли ядра атомов из верхней части таблицы Менделеева.С использованием квантового процессора на основе явления ядерного магнитного резонанса, содержащего семь кубитов (двух атомов углерода и пяти атомов фтора), впервые был реализован в элементарном варианте алгоритм Шора.Роль элементарного процессора выполняла молекула комплекса железа с перфторбутадиенилом.Отмечено, что научные достижения последних примерно тридцати лет позволяют вернуться к идее использования на новом уровне явления ядерного магнитного резонанса для решения задач, связанных с созданием квантового компьютера.Проблеме создания такого компьютера предшествует материал, относящийся к визуализации разрешенных состояний, в том числе запутанных состояний q-битов.Для этого необходим способ контроля состояний квантовых кубитов и очередность вовлечения

Современные наукоемкие технологии (Modern High Technologies)Jan 1, 20210 citations