光機電介面下光學頻段與微波頻段的光量子糾纏最佳化

Abstract

量子糾纏是量子通訊與量子計算的其中一個核心資源。其中，複合系統因為可以結合每個子系統的優勢，在實驗上以及理論上都有被研究，並且具有相當的潛力。許多量子計算、量子通訊以及量子感測的複合系統都牽涉到橋接光學頻段與微波頻段的光子。在這份工作中，我們研究如何藉由光機電介面來增強與控制光學頻段與微波頻段的光子的量子糾纏。我們考慮一個三光子共振腔與機械振子組成的複合系統，並且假設其中一個光子是微波頻段，另外兩個是微波頻段，或著是反過來。機械振子跟共振腔都有噪聲跟散逸。藉由強雷射的驅動，可以增強並且線性化光壓交互作用，以達到簡化分析的功用。我們採用成分的量子糾纏（entanglement of formation）來衡量雙系統的量子糾纏。在過去的研究中，研究人員解析地在頻率空間得到了最佳化的微波與光學光子的量子糾纏，其中所解的式子頻率被假定為零，且沒有考慮雷射驅動隨時間的變化。我們更近一步在時間域的量子糾纏，並且假定了隨時變的雷射驅動。而在最佳化方法的部分，我們使用傅立葉級數作為驅動函數的擬設，並且利用下山單純形演算法來求得最佳化參數，參數包含了驅動雷射的振幅與相位，其中，旋轉波近似並沒被使用。我們的結果展示了至少兩倍於微波與光學光子間的、最佳的、不隨時變驅動情況下的成分的量子糾纏。