بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله طرحوارهای برای تولید حالتهای درهمتنیده آمیخته در فضای کاواک پیشنهاد شده است. طرحواره مورد نظر ترکیبی از دو کاواک با برهمکنشهای متفاوت است. کاواک اول بهشکلی طراحی میگردد که شامل برهمکنش اتم و میدانهای کلاسیکی و کوانتومی باشد؛ اما در کاواک دوم اتم تنها درگیر برهمکنش با میدان کوانتومی شود. نشان داده خواهد شد که عبور اتم دوترازی از این سامانه، میدانها را در حالت درهمتنیده آمیخته قرار میدهد. عبور اتمی دیگر از یکی از کاواکهای آرایه سبب میگردد که ماهیت درهمتنیدگی آمیخته به حالت اتم-میدان تغییر یابد.
مقدمه
سنگ بنای پیشرفتهای چشمگیر در حوزه اطلاعات کوانتومی، بهره گیری از حالتهای درهمتنیده است. حالتهای درهمتنیده نهتنها از جنبه کاربرد در تکنولوژیِ کوانتومی دارای اهمیت هستند بلکه در یافتنپاسخِ پرسشهای بنیادی نیز نقش مهمی ایفا میکنند. در این بین، در نوع خاصی از حالت درهمتنیده، همبستگی بین درجههای آزادی با متغیر گسسته و متغیر پیوسته برقرار میگردد. حالت با متغیر گسسته نمایانگر حالت میکروسکوپی یا حالت کاملا کوانتومی است که نمونههایی از آن حالتهای عددی |0〉 و |1〉، حالتهای قطبش فوتون | 〉 و | 〉 و ترازهای انرژی اتم دوترازی | 〉 و | 〉 است.
از دیگر سو، حالت با متغیر پیوسته نمایانگر حالت ماکروسکوپی است که مرز بین کوانتوم و کلاسیک را ترسیم میکند. بهعنوان مثالی از حالت اخیر میتوان از حالتهای همدوس | 〉 و |− 〉 نام برد. بهکارگیری حالتهای درهمتنیده با یک درجه آزادی - متغیر گسسته یا پیوسته - با محدودیتهایی همراه است. در حالیکه، درهمتنیدن درجات آزادی گسسته و پیوسته با یکدیگر سبب غلبه بر محدودیتها میگردد و کاربردهای متنوعی را برای این حالتها که با عنوان درهمتنیده آمیخته شناخته میشوند بههمراه خواهد داشت.
مثال آشنایی از این نوع درهمتنیدگی حالت | ⟩ = | 〉|0〉 + |− 〉|1〉 است .[1] کارایی این حالت در حوزههای مختلفی نظیر انتقال اطلاعات کوانتومی، محاسبات کوانتومی [2] و کدگذاری کوانتومی [3] به اثبات رسیده است. با توجه به اهمیتی که حالتهای آمیخته در کاربردهای کنونی و آینده حوزه تکنولوژی دارند، پرداختن به آمادهسازی فیزیکی آنها اهمیتی دوچندان مییابد. تا کنون، طرحوارههای متنوعی برای تولید این حالتها در سامانههای کوانتومی مختلف پیشنهاد شده و برخی از آنها عملیاتی شده است. یکی از این طرحوارهها به برقراری درهم تنیدگی آمیخته در فضای کاواک اشاره دارد .[4] سامانه یون به دام افتاده نیز برای تولید این حالتها پیشنهاد شده است.
همچنین، نشان داده شده است که سامانه موج رونده قادر است حالتهای آمیخته را تولید کند .[5] در آمادهسازی این دسته از سامانهها به محیط غیرخطی کر نیاز است. با این حال، در پژوهشی که بهتازگی انجام شده است، حالت درهمتنیده آمیخته در سامانه موج رونده و تنها با بهرهگیری از ابزارهای اپتیکی خطی تولید شده است .[6] در این مقاله، طرحوارهای فیزیکی برای تولید حالت درهمتنیده آمیخته در فضای کاواک پیشنهاد شده است. این طرحواره آرایهای از دو کاواک است که اتم در حین عبور از آنها برهمکنشهای متفاوتی را تجربه میکند. ویژگی بارز این سامانه این است که با بهرهگیری از آن میتوان درهمتنیدگیهای آمیخته از نوع میدان-میدان و همچنین اتم-میدان ایجاد کرد.
