利用无高斯纠缠与原子量子相干性的多光子自旋-玻色相互作用

利用纠缠与量子相干性是推进量子技术的核心环节。在量子光学的光-原子平台上，这两种基本资源常以Jaynes-Cummings模型描述，即在光学腔模与二维能级自旋之间进行光子的相干交换。在一般非线性自旋-玻色系统中，更多的光子和更多的模式将参与相互作用。本文考虑这种推广——两模多光子Jaynes-Cummings (MPJC) 模型。我们展示了如何在可实验访问的参数范畴内最优生成并后续操控纠缠与量子相干性。对该模型进行详细的比较分析，揭示了MPJC相互作用中的非线性会产生纯无高斯纠缠，无任何高斯贡献，源于噪声资源。更具体地，强相干源可被替换为较弱的非相干源，显著降低资源开销，尽管效率会受到降低。同时，增加MPJC相互作用的多光子阶数可加速纠缠生成过程，从而使整个生成方案更为高效和稳健。我们进一步探讨了额外的无穷远自旋-玻色相互作用和Kerr非线性，用于仅从非相干源生成自旋相干性，以及增强量子关联。关于后者，出乎意料的是，由于非线性增强，量子关联并不一定会增加。针对MPJC模型的可能应用，我们展示在合适的实验参数下，可以工程化任意NOON态以及三体W态。