حالت‌های همدوس درهم‌تنیدۀ شبه کیوتریت فوتون افزوده منتسب به نور

دهقانی, علیرضا; مجاوری, بشیر; ال نبی, علی اصغر

doi:10.22055/jrmbs.2021.17268

حالت‌های همدوس درهم‌تنیدۀ شبه کیوتریت فوتون افزوده منتسب به نور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

² گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

10.22055/jrmbs.2021.17268

چکیده

در این مقاله، کلاس جدیدی از حالت‌های درهمتنیده شبه-کیوتریت دو مدی را بر‌ پایه حالت‌‌های شبه همدوس معرفی می‌کنیم. این حالت‌ها به کلاس خاصی از حالت‌های غیرکلاسیکی نور به نام حالت‌های همدوس فوتون‌افزوده[1]نیز مرتبط هستند؛ بنابراین نامزد مناسبی برای فرآیندهای اطلاعات کوانتومی می‌باشند [2]. شایان ذکر اینکه بر ‌پایه این حالت‌ها برهم‌نهی‌های گوناگونی از جمله حالت‌های درهمتنیده دوکیوبیتی معرفی و بررسی شده‌اند که شاهدی مناسب برای ویژگی-های ارزنده‌‌ی کوانتومی آنها می‌باشد [2]. از اینرو با توجه به ارتباط مذکور و شهود ویژگی‌های کنترل‌پذیر غیرکلاسیکی این دسته از حالت‌های کوانتومی، در این کار به دنبال تجزیه و تحلیل اثر افزودن فوتون به حالت‌های درهمتنیده دو‌کیوتریتی هستیم. برای این منظور، تحلیل جامعی از خصوصیات غیرکلاسیکی آنها، شامل آمار فوتونی و درهم‌تنیدگی با تاکید بر نقش پارامتر جابجایی فاز ارائه می‌کنیم. در همین راستا، برای اندازه‌گیری درهمتنیدگی از سنجه تلاقی تعمیم‌یافته استفاده می‌کنیم[3] و شرایط ممکن برای بیشینه شدن درهم‌تنیدگی را بررسی می‌کنیم. در مقایسه با برخی موارد که پیش از این بحث شده است، مشاهده می‌کنیم که فرایند افزودن فوتون به حالت‌های دو کیوتریتی، که معادل با انتخاب خاصی از پارامتر جابجایی فاز هست، نقش مهمی را در ظهور اثرات غیرکلاسیکی بازی می‌کند؛ همچنین ابزار مناسبی برای افزایش و حفظ درهمتنیدگی می-باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

فیزیک اطلاعات کوانتومی

عنوان مقاله [English]

Photon Added Qutrit Like Entangled Coherent States of Light

نویسندگان [English]

Alireza Dehghani ¹
Bashir Mojaveri ²
A A Alenabi ²

¹ Department of Physics, Faculty of Science, Payame Noor University, Tehran, Iran

² Department of Physics, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran

چکیده [English]

In this study, we introduce a new class of two-mode qutrit-like entangled states based on the `Near' coherent states. They link to a specific class of non-classical states, namely, photon added coherent states, which makes them capable candidates in quantum information processes. Based on these states, various superpositions such as the two-qubit entangled states, have been introduced and studied by various authorities, which is evidence for their valuable quantum properties. Therefore, based on the above-mentioned relationship and the emergence of controllable non-classical properties of these states, in this work, we seek to analyze the effect of adding photons to two-qutrit entangled states. For this purpose, we present a general analysis of non-classical properties such as the photon statistics and entanglement with emphases on the control role of the shift parameter of these states. We apply the generalized I-concurrence measure to quantify the entanglement and the condition in which quantum entanglement can be enhanced and maximized. Comparing with some cases already discussed in the literature, we can see that the photon addition, which is equivalent to selecting a specific shift parameter, plays an important role in non-classical effects, and this operation can be applied to enhance and preserve the entanglement.

کلیدواژه‌ها [English]

Coherent States
Entanglement
Squeezing Effect
Sub-Poissonian Statistics
Two-Qutrit

مراجع

[1] G.S. Agarwal, K. Tara, Nonclassical properties of states generated by the excitations on a coherent state, Physical Review A 43 492 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.43.492

[2] A. Dehghani, B. Mojaveri, M. Aryaie, A.A. Alenabi, Superposition of two‑mode “Near” coherent states: non‑classicality and entanglement, Quantum Information Processing 18 148 (2019). https://doi.org/10.1007/s11128-019-2216-7

[3] S.J. Akhtarshenas, Concurrence Vectors in Arbitrary Multipartite Quantum Systems, Journal of Physics A: Mathematical and General 38 6777 (2005). https://doi.org/10.1088/0305-4470/38/30/011

[4] E. Schrodinger, Quantization as an eigenvalue problem, Annals of Physics 79 361 (1926). https://doi.org/10.1002/andp.19263840404

[5] R.J. Glauber, coherent and incoherent states of the radiation field, Physical Review 131 2766 (1963). https://doi.org/10.1103/PhysRev.131.2766

[6] E.C.G. Sudarshan, Equivalence of Semi classical and Quantum Mechanical Descriptions of Statistical Light Beams, Physical Review Letter 10 277 (1963). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.10.277

[7] V.V. Dodonov, I.A. Malkin, V.I. Man’ko, Eevn And Odd Coherent States And Excitation of a Singular Oscillator, Physica 72 597 (1974). https://doi.org/10.1016/0031-8914(74)90215-8

[8] A. Zavatta, S. Viciani, M. Bellini, Quantum-to-Classical Transition with Single-Photon-Added Coherent States of Light, Science 306 660 (2004). 10.1126/science.1103190

[9] A. Othman, D. Yevick, Quantum Properties of the Superposition of Two Nearly Identical Coherent States, International Journal of Theoretical Physics 57 2293 (2018). https://doi.org/10.1007/s10773-018-3752-0

[10] A. Dehghani, B. Mojaveri, R. Jafarzadeh Bahrbeig, Near’-Cat States: Nonclassicality and Generation, Journal of Russian Laser Research 40 121 (2019). https://doi.org/10.1007/s10946-019-09779-3

[11] A. Dehghani, B. Mojaveri, A.A. Alenabi, Excitation and depression of coherent state of the simple harmonic oscillator, Journal of Mathematical Physics 60 083501 (2019). https://doi.org/10.1063/1.5055915

[12] X. Xiao and Yan-Ling Li, Protecting qutrit-qutrit entanglement by weak measurement and reversal, European Physical Journal D 67 204 (2013). https://doi.org/10.1140/epjd/e2013-40036-3

[13] A.A. Popov, E.O. Kiktenko, A.K. Fedorov, V.I. Man'ko, Information processing using three-qubit and qubit-qutrit encodings of noncomposite quantum systems, Journal of Russian Laser Research 37 581 (2016).
https://doi.org/10.1007/s10946-016-9610-8

[14] Th. Durt, N.J. Cerf, N. Gisin, M. Zukowski, Security of Quantum Key Distribution with Entangled Qutrits, Physical Review A 67 012311 (2003). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.67.012311

[15] S. Gröblacher, T. Jennewein, A. Vaziri, G. Weihs, A. Zeilinger, Experimental quantum cryptography with qutrits, New Journal of Physics 8 75 (2006). https://doi.org/10.1088/1367-2630/8/5/075

[16] Y. Wang, Z. Hu, B.C. Sanders, S. Kais, Qudits and High-Dimensional Quantum Computing, Frontiers in Physics 8 589504 (2020). https://doi.org/10.3389/fphy.2020.589504

[17] M. Horodecki, P. Horodecki, R. Horodecki, Teleportation, Bell's inequalities and inseparability, Physics Letters A 223 1 (1996). https://doi.org/10.1016/0375-9601(96)00639-1

[18] Carlton M. Caves, Gerard J. Milburn, Qutrit entanglement, Optics Communications 179 439 (2000). https://doi.org/10.1016/S0030-4018(99)00693-8

[19] A. Biswas, G.S. Agarawal, Preparation of W, GHZ, and two-qutrit states using bimodal cavities, Journal of Modern Optics 51 1627 (2004). https://doi/abs/10.1080/09500340408232477

[20] M.A. Jafarizadeh, Y. Akbari, N. Behzadi1, Two-qutrit entanglement witnesses and Gell-Mann matrices, European Physical Journal D 47 283 (2008). https://doi.org/10.1140/epjd/e2008-00041-3

[21] Ling-Ling Zhang and You-Bang Zhan, Quantum Dialogue by Using the Two-Qutrit Entangled States, Modern Physics Letters B 23 2993 (2009). https://doi.org/10.1142/S0217984909021065

[22] J. Joo, T. Rudolph, B.C. Sanders, A heralded two-qutrit entangled state, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 42 114007 (2009). https://doi.org/10.1088/0953-4075/42/11/114007

[23] X. Xiao and Yan-Ling Li, Protecting qutrit entanglement by weak measurement and reversal, European Physical Journal D 67 204 (2013). https://doi.org/10.1140/epjd/e2013-40036-3

[24] G. Najarbashi, S. Mirzaei, Recent advances in Wigner function approaches, Optics Communications 377 33 (2016). https://doi.org/10.1063/1.5046663

[25] Y. Maleki, B. Ahansaz, Quantum correlations in qutrit-like superposition of spin coherent states, Laser Physics Letters 16 075205 (2019). https://doi.org/10.1088/1612-202X/ab12e5

[26] W. Schleich, J.A. Wheeler, Oscillations in photon distribution of squeezed states and interference in phase space, Nature 326 574 (1987). https://doi.org/10.1038/326574a0

[27] W. Schleich, J.A. Wheeler, Oscillations in photon distribution of squeezed states, Journal of Optical Society of America B 4 1715 (1987). https://doi.org/10.1364/JOSAB.4.001715

[28] C. Gerry, P. Knight, P.L. Knight, Introductory Quantum Optics, Cambridge, Cambridge University Press (2004). https://doi.org/10.1017/CBO9780511791239

[29] X. Zou, X.L. Mandel, Photon-antibunching and sub-Poissonian photon statistics, Physical Review A 41 475 (1990). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.41.475

[30] Y. He, E. Barkai, Super- and sub-Poissonian photon statistics for single molecule spectroscopy, Journal of Chemical Physics 122 184703 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1888388

[31] V.V. Dodonov, Nonclassical states in quantum optics: A 'squeezed' review of the first 75 years, Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics 4 1:R1 (2002). https://doi.org/10.1088/1464-4266/4/1/201

[32] D. Afshar, A. Anbaraki, Nonclassical properties and entanglement of superposition of two-mode separable nonlinear coherent states, Journal of Optical Society of America B 33 558 (2016). https://doi.org/10.1364/JOSAB.33.000558

[33] V. Bužek, A. Vidiella-Barranco, P.L. Knight, Superpositions of coherent states: Squeezing and dissipation, Physical Review A 45 6570 (1992). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.45.6570