在超导波导链中动态Casimir光子的真正三体量子纠缠

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1970年,Moore首次在由两个运动的理想反射镜组成的腔体中预言出了动态Casimir效应(DCE),即光子可以从真空涨落中产生。此后对这一效应的观察一直是很多科学家为之不懈努力的工作之一。2011年,Wilson等人通过波导电路中的超导量子干涉仪(SQUID)来调节外加磁通,从而实现与时间有关的边界条件的快速调谐,成功在超导电路实验中观测到了动态Casimir效应。这样一个具有突破性意义的发现不仅表明近三十年来对于动态Casimir效应的物理研究是正确的,而且使得动态Casimir效应从理论性的量子现象变为研究量子器件的有用工具,开辟了探究量子技术的新道路。由于量子超导电路与外场的强耦合可以表现出较好的可控性,因此近些年基于超导电路来实现对Casimir光子的相关性质研究十分常见。研究发现,实验中所产生的动态Casimir光子对展现出了量子纠缠、量子Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)导引以及贝尔非局域性等量子关联特性,其中量子纠缠作为最基本的量子资源包括真正量子纠缠和量子完全不可分两种类型。然而由于实际环境下纯态难以实现,人们研究真正量子纠缠要困难得多,也就是说在超导电路系统下研究动态Casimir光子的真正量子纠缠具有重要的意义。本文我们在超导量子干涉仪耦合的三个超导波导链系统中,产生了动态Casimir效应,研究了该系统下动态Casimir光子的真正三体量子纠缠(genuine tripartite quantum entanglement)。通过分析输入输出关系和耦合关系,利用三体纠缠判据,我们得到了可以用于真正三体量子纠缠的判据。引入纠缠witness,我们讨论了各波导耦合系数、振幅以及温度对于真正三体量子纠缠的影响。结果表明,较大的耦合系数、振幅以及较高的温度导致了真正三体量子纠缠的更快衰退。我们选取合适的振幅比,可以实现真正三体量子纠缠较低的witness值以及真正三体量子纠缠较低的灵敏度。此外,我们还获得了实现真正三体量子纠缠较低灵敏度的参数范围。
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