Перепутывание атома Джейнса-Каммингса и двух атомов Тависа-Каммингса
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Государственное задание, FSSS-2025-0003
Багров А.Р.1, Башкиров Е.К.1
1Самарский национальный исследовательский университет им. С.П. Королева, Самара, Россия
Email: bashkirov.ek@ssau.ru
Поступила в редакцию: 12 ноября 2025 г.
В окончательной редакции: 12 ноября 2025 г.
Принята к печати: 12 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 2 апреля 2026 г.
Продемонстрировано точное решение квантового уравнения Лиувилля для модели, состоящей из трех идентичных двухуровневых атомов (кубитов) A, B и C и двух независимых резонаторов. Предположено, что кубит A заперт в первом идеальном резонаторе, а два оставшихся кубита B и C захвачены во второй высокодобротный резонатор. Все кубиты резонансно взаимодействуют с соответствующей модой квантованного теплового электромагнитного поля резонатора. Между кубитами в начальный момент времени предположено наличие перепутанности. В центре нашего внимания находятся бисепарабельные состояния кубитов и истинно перепутанные состояния кубитов W- и GHZ-типа. На основе точного решения проведен расчет критерия Переса-Хородецких и степени совпадения. Используя указанные критерии перепутывания, проанализирована динамика двух- и трехкубитного перепутывания для различных интенсивностей тепловых полей резонаторов, а также проведен сравнительный анализ динамики перепутывания кубитов в рассматриваемой модели и трехкубитных моделях, исследованных ранее. Показано, что кубиты в процессе эволюции никогда не переходят в состояния, приготовленные в начальный момент времени, что принципиально отличает их поведение от поведения кубитов в исследованных ранее трехкубитных моделей. Ключевые слова: кубиты, истинно перепутанные состояния W- и GHZ-типа, бисепарабельные состояния, тепловые поля, перепутывание, независимые резонаторы, критерий отрицательности, степень совпадения, квантовое уравнение Лиувилля, эффект мгновенной смерти перепутывания.
- M.A. Nielsen, I.L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information. 10th Anniversary Edition (Cambridge University Press: NY., USA, 2010), 702 p. DOI: 10.1017/CBO9780511976667
- A. Barenco et al. Phys. Rev. A, 52, 3457 (1995). DOI: 10.1103/PhysRevA.52.3457
- Y. Shi. Quantum Information and Computation, 3, 84 (2003)
- E. Barnes, C. Arenz, A.J.G. Pitchford, S.E. Economou. Phys. Rev. B, 96 (2), 024504 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevB.96.024504
- M. Li, L. Jia, J. Wang, S. Shen, S.M. Fei. Phys. Rev. A, 96, 052314 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevA.96.052314
- M.D. Reed, L. DiCarlo, S.E. Nigg, L. Sun, L. Frunzio, S.M. Girvin, R.J. Schoelkopf. Nature, 482, 382 (2012). DOI: 10.1038/nature10786
- A. Isar. Open Systems Information Dynamics, 16 (2), 205 (2009). DOI: 10.1142/S1230161209000153
- L. Aolita, R. Chaves, D. Cavalcanti, A. Acin, L. Davidovich. Phys. Rev. Lett., 100 (8), 080501 (2008). DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.080501
- Z.-L. Xiang, S. Ashhab, J.Q. You, F. Nori. Rev. Mod. Phys., 85, 623 (2013). DOI: 10.1103/revmodphys.85.623
- I.M. Georgescu, S. Ashhab, F. Nori. Rev. Mod. Phys., 86, 153 (2014). DOI: 10.1103/RevModPhys.86.153
- G. Wendin. Rep. Prog. Phys., 80 (10), 106001 (2017). DOI: 10.1088/1361-6633/aa7e1a
- G.-Q. Li, X.-Y. Pan. Chin. Phys. B, 27 (2), 020304 (2018). DOI: 10.1088/1674-1056/27/2/020304
- D.J. van Woerkom, P. Scarlino, J.H. Ungerer, C. Muller, J.V. Koski, A.J. Landig, C. Reichl, W. Wegscheider, T. Ihn, K. Ensslin, A. Wallraff. Phys. Rev. X, 8, 041018 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevX.8.041018
- B.W. Shore, P.L. Knight. J. Mod. Opt., 40 (7), 1195 (1993). DOI: 10.1080/09500349314551321
- J. Larson, T. Mavrogordatos. The Jaynes-Cummings Model and Its Descendants: Modern research directions. (IoP Publishing, Bristol 2021), 426 p. DOI: 10.1088/978-0-7503-3447-1
- M. Neeley, R.C. Bialczak, M. Lenander, E. Lucero, M. Mariantoni, A.D. O'Connell, D. Sank, H. Wang, M. Weides, J. Wenner, Y. Yin, T. Yamamoto, A.N. Cleland, J.M. Martinis. Nature, 467, 570 (2010). DOI: 10.1038/nature09418
- L. DiCarlo, M.D. Reed, L. Sun, B.R. Johnson, J.M. Chow, J.M. Gambetta, L. Frunzio, S.M. Girvin, M.H. Devoret, R.J. Schoelkopf. Nature, 467, 574 (2010). DOI: 10.1038/nature09416
- Ch.F. Roos, M. Riebe, H. Hoffner, W. Honsel, J. Benhelm, G.P.T. Lancaster, Ch. Becher, F. Schmidt-Kaler, R. Blatt. Nature, 429, 734 (2004). DOI: 10.1038/nature02570
- D.C. Cole, J.J. Wu, S.D. Erickson, P.-Y. Hou, A.C. Wilson, D. Leibfried, F. Reiter. New J. Phys., 23, 073001 (2021). DOI: 10.1088/1367-2630/ac09c8
- P. Neumann, N. Mizuochi, F. Rempp, P. Hemmer, H. Watanabe, S. Yamasaki, V. Jacques, T. Gaebel, F. Jelezko, J. Wrachtrup. Science, 320, 1326 (2008). DOI: 10.1126/science.1157233
- K. Takeda, A. Noiri, T. Nakajima, J. Yoneda, T. Kobayashi, S. Tarucha. Nature Nanotechnol., 16, 965 (2021). DOI: 10.1038/s41565-021-00925-0
- А.Р. Багров, Е.К. Башкиров. ЖТФ, 94 (3), 341 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.03.57370.301-23
- А.Р. Багров, Е.К. Башкиров. ЖТФ, 95 (5), 853 (2025). DOI: 10.61011/JTF.2025.05.60275.433-24
- E.K. Bashkirov, A.R. Bagrov. Quantum Inf. Process., 24 (5), 154 (2025). DOI: 10.1007/s11128-025-04772-z
- E.K. Bashkirov, A.R. Bagrov. Laser Phys., 35 (6), 065203 (2025). DOI: 10.1088/1555-6611/addd90
- R. Jozsa. J. Mod. Opt., 41, 2315 (1994). DOI: 10.1080/09500349414552171
- A. Peres. Phys. Rev. Lett., 77 (8), 1413 (1996). DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.1413