Profunzimea inseparabilității cuantice în mecanica cuantică

În fizica cuantică, profunzimea inseparabilității caracterizează puterea inseparabilității cu mai multe particule. O profunzime a inseparabilității k înseamnă că starea cuantică a unui ansamblu de particule nu poate fi descrisă în ipoteza că particulele au interacționat între ele numai în grupuri având mai puține de k particule. A fost folosită pentru a caracteriza stările cuantice create în experimente cu gaze reci.

Definiţie

Profunzimea inseparabilității a apărut în contextul scăderii varianței uneia dintre componentele momentului unghiular (spin squeezing). S-a dovedit că pentru a obține spin squeezing din ce în ce mai mare și, prin urmare, o precizie din ce în ce mai mare în estimarea parametrilor, este nevoie de o profunzime a inseparabilității din ce în ce mai mare.

Mai târziu a fost formalizată în termeni de seturi convexe de stări cuantice, independent de spin squeezing, după cum urmează. Să considerăm o stare pură care este produsul tensor al stărilor cuantice cu mai multe particule

|Ψ⟩ = |ϕ₁⟩ ⊗ |ϕ₂⟩ ⊗ . . . ⊗ |ϕ_n⟩.

Starea pură |Ψ⟩ se spune că este k-produsibilă dacă toate ϕ_i sunt stări ale cel mult k particule. O stare mixtă se numește k-produsibilă, dacă este un amestec de stări pure care sunt toate cel mult k-produsibile. Stările mixte k-produsibile formează o mulțime convexă.

O stare cuantică conține inseparabilitatea multiparticulă a cel puțin k + 1 particule, dacă nu este k-produsibilă. O stare de N particule cu N inseparabilități se numește inseparată multipartit autentică.

În cele din urmă, o stare cuantică are o profunzime a inseparabilității k, dacă este k-produsibilă, dar nu (k − 1)-produsibilă.

A fost posibil să se detecteze profunzimea inseparabilității aproape de stări diferite de stările de spin squeezing. Deoarece nu există o metodă generală de detectare a inseparabilității multipartite, aceste metode au trebuit să fie adaptate experimentelor cu diferite stări cuantice relevante.

Astfel, au fost dezvoltate criterii de inseparabilitate pentru a detecta inseparabilitatea apropiată de stările Dicke simetrice cu ⟨J_z⟩ = 0. Sunt foarte diferite de stările de spin squeezing, deoarece nu au o polarizare mare de spin. Ele pot oferi metrologie limitată Heisenberg, în timp ce sunt mai robuste la pierderea de particule decât stările Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ).

Există, de asemenea, criterii pentru detectarea profunzimii inseparabilității în stările ”planar-squeezed”. Stările planar-squeezed sunt stări cuantice care pot fi folosite pentru a estima un unghi de rotație care nu este de așteptat să fie mic.

În cele din urmă, inseparabilitatea multipartită poate fi detectată pe baza utilității metrologice a stării cuantice. Criteriile aplicate se bazează pe limite ale informațiilor cuantice Fisher.

Experimente

Criteriul de inseparabilitate din „Entanglement and Extreme Spin Squeezing”, de Anders S. Sørensen și Klaus Mølmer.  a fost folosit în multe experimente cu gaze reci în stări spin-squeezed.

Au existat, de asemenea, experimente cu gaze reci pentru a detecta inseparabilitatea multipartită în stările Dicke simetrice.

Au existat, de asemenea, experimente cu stările Dicke care au detectat inseparabilitatea bazată pe utilitatea metrologică în gazele reci și în fotoni.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)