Quantum information transfer between photon fields coupled to an ensemble of cyclic quantum systems

Abstract

Biz klasik bir EM alanı tarafından tahrik Delta-tipi üç seviyeli kuantum sistemleri topluluk ile kuantum elektromanyetik (EM) alanları etkileşim çalışma. Bu sistem, özellikle uzun mesafe kuantum iletişim kuantum tekrarlayıcı protokollerinin hayata geçirilmesi için, kuantum bilgi uygulamalar için umut verici olarak kabul edilir. Biz sık sık basit etkili modelleri açısından analizi gibi karmaşık kuantum optik modelleri kullanılır kanonik (Fröhlich) Dönüşümler, bir eleştiri ve genellemeler daha da geliştirmek. Sonra, alanlar arasında kuantum bilgi aktarımı göstermektedir dayalı zaman evrim kuantum alanları bulmak için bir yöntem oluşturmak. Bizim sonuçlarımız topluluk atomlar ve atomların kuantum alanlarına göre klasik alan, büyük kaplin herhangi bir sayı için geçerlidir. Önceki çalışmalar atom numarası ve sonsuz büyük göreli klasik kaplin hem de üstlendi. Bu nedenle, fiziksel olarak çok kısıtlayıcı olduğu, bu koşulları rahat. Son olarak, bu çalışmanın olası gelişmeleri tartışmak ve diğer durumlarda bu yöntemin uygulanması için verimli olabilir öneririz.

We study interaction of quantum electromagnetic (EM) fields with an ensemble of Delta-type three-level quantum systems driven by a classical EM field. This system is considered to be promising for quantum information applications, in particular for implementing quantum repeater protocols in long distance quantum communications.We further develop a critical review and generalizations of canonical (Fröhlich) Transformations, which is frequently used in the analysis of such complicated quantum optical models in terms of simpler effective models. Next, we construct a method to find time-evolution of the quantum fields, based on which we demonstrate quantum information transfer between the fields. Our results are applicable for any number of atoms in the ensemble and for large coupling of atoms to classical field, relative to the quantum fields. The previous studies assumed both the atom number and the relative classical coupling to be infinitely large. Thus we relaxed these conditions, which is physically too restrictive.Finally, we discuss possible further developments of this work, and suggest the other cases for which application of this method could be fruitful.