原子集体自旋态的纠缠态循环

我们研究了由激光和腔场驱动的 $N$ 个有效二能级原子的集体原子自旋态的量子轨迹。我们表明，当两个原子能级之间的（拉曼）跃迁速率相等时，会概率性地出现有趣的“纠缠态循环”。对于奇数（偶数）$N$，存在 $(N+1)/2$（$N/2$）种可能的循环。在每个循环中，随着每个腔光子的发射，$N$ 量子比特态在态 $(|N/2,m>\pm |N/2,-m>)/\sqrt{2}$ 之间切换，其中 $|N/2,m>$ 是旋转集体基下的 Dicke 态。区分特定循环的量子数 $m$ ($>0$) 由光子计数记录决定，并在不同轨迹间随机变化。对于偶数 $N$，在相同条件下，还可以概率性地（但在稳态下）制备 Dicke 态 $|N/2,0>$，即具有 $N/2$ 个激发的 $N$ 量子比特态，这在多体纠缠背景下具有特殊意义。