环形腔中有限尺寸原子系综产生相干性与纠缠

我们提出了一个模型，用于研究有限尺寸原子系综与高 Q 值环形腔的简并对向传播场模相互作用所产生的相干性和纠缠。我们的方法适用于任意原子数 N，并包含了整个系综内场的空间变化。我们报告了当原子系综尺寸未取热力学极限 N>>1 时出现的若干新的有趣的相干与纠缠行为方面。在此条件下发现，尽管对向传播腔模在热力学极限下相互非相干且不表现单光子干涉，但在与有限尺寸原子系综相互作用后，这些模式可以变得相互相干并表现出干涉。还发现，原子在有限尺寸上的空间重新分布导致集体玻色模的非正交性。这种非正交性导致了超聚束效应，即单个腔模和不同模式的光子关联强于热场的关联。然而，我们发现这些关联不足以违反 Cauchy-Schwarz 不等式，也不足以在模式间产生压缩和纠缠。因此，我们研究了对数负性和输出场方差的谱分布。这些函数决定了输出腔场的压缩和纠缠性质，并可通过零差技术测量。我们发现纠缠被重新分布到谱的多个分量上，而有限尺寸效应是将纠缠集中到谱的零频分量上。