Universität zu Köln

Zell, Thomas (2011). Distance Dependence of Entanglement Generation via a Bosonic Environment. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The search for methods to create and maintain entanglement has led to the idea of environmentally induced entanglement. Roughly speaking, the usually detrimental effect of coupling a non-interacting bipartite system to an environment is turned into an advantage by using the environment to mediate an indirect interaction, which can result in entanglement of the two parts of the system under certain conditions. Of course, care has to be taken to properly evaluate the conflicting influences of the environment. Only if the indirect interaction overcompensates for the decoherence, entanglement creation can be expected. It has been suggested that entanglement creation can be achieved in bosonic heat baths even over finite spatial separations with only a moderate polynomial decay of entanglement with distance. In this work, we look more closely at the distance dependence, for the first time employing an oscillator model that is both exactly solvable and includes dissipation. We numerically prove that entanglement creation is, in fact, extremely distance-sensitive and it is not possible to entangle objects which are further apart than approximately their own size. Additionally, we suggest an approach how to mitigate the distance dependence. It comes at the cost of geometrically modifying the bath modes by imposing physical boundary conditions resulting in a gap in the spectrum. This is implemented by placing the system inside of an infinitely long superconducting cavity. An experimental implementation of this could be feasible.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die Suche nach Möglichkeiten Verschränkung zu erzeugen und zu erhalten brachte die Idee der umgebungsinduzierten Verschränkung hervor. Grob gesagt wird die normalerweise hinderliche Auswirkung der Kopplung eines zweigeteilten Systems an eine Umgebung in einen Vorteil verwandelt, indem über die Umgebung eine indirekte Wechselwirkung vermittelt wird, die unter bestimmten Voraussetzungen zu einer Verschränkung der beiden Systemteile führen kann. Natürlich müssen die gegensätzlichen Einflüsse der Umgebung sorgfältig betrachtet werden. Nur wenn die indirekte Wechselwirkung stärker ist als die Dekohärenz kann man eine Entstehung von Verschränkung erwarten. Bei der Untersuchung über das Abstandsverhalten von Verschränkungserzeugung wurde bisher ein polynomieller Abfall der Verschränkung mit dem Abstand gefunden, der endliche Abstände zwischen den zu verschränkenden Teilsystemen zulassen würde. In dieser Arbeit wird die Abstandsabhängig genauer untersucht. Dabei wird erstmals ein exakt lösbares Oszillatormodell verwendet, welches auch Dissipation berücksichtigt. Numerisch kann gezeigt werden, dass im Gegensatz zu vorherigen Ergebnissen die Verschränkungserzeugung sehr stark vom Abstand abhängt und dass es nicht möglich ist, Objekte über eine weitere Entfernung zu verschränken als einen Abstand, der in etwa ihrer eigenen Ausdehnung entspricht. Zusätzlich wird ein neuer Ansatz vorgeschlagen, in dem die Abstandsabhängigkeit geringer ausfällt. Dieser beinhaltet den zusätzlichen Aufwand, dass die Badmoden durch physikalische Randbedingungen geometrisch eingeschränkt werden, so dass eine Lücke im Spektrum entsteht. Das wird bewerkstelligt durch die Platzierung des Systems in einer unendlich langen supraleitenden Kavität. Eine experimentelle Implementierung könnte durchführbar sein. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Zell, Thomas tz@thp.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-42477
Date:	16 June 2011
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Theoretical Physics
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language entanglement, open quantum systems, entanglement generation English Verschränkung, offene Quantensysteme, Verschränkungserzeugung German
Date of oral exam:	24 May 2011
Referee:	Name Academic Title Klesse, Rochus Dr. Kiefer, Claus Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4247