多体原子与光学系统中的长距离纠缠

我们讨论了量子自旋模型基态中长距离纠缠的现象、其在高保真度和鲁棒性量子通信中的应用，以及在光晶格中超冷原子多体系统和耦合光腔阵列中的实现。我们研究了不同模式的位置依赖相互作用耦合，并区分出两种一般情形：允许系统基态中存在完美长距离纠缠（LDE）的模式，即在热力学极限下端点间纠缠保持有限；以及系统基态中准长距离纠缠（QLDE）的模式，即随着自旋链长度增加，端点间纠缠以非常缓慢的幂律衰减消失。我们讨论了这些模型在装载于光晶格中的超冷玻色原子系综中的物理实现。我们展示了如何利用适当设计的超晶格结构，或利用单周期晶格中的边缘杂质，来实现具有非零LDE或QLDE的模型。然后，我们研究了如何利用适当设计的耦合光腔阵列，来实现优化QLDE在有限温度和存在缺陷情况下鲁棒性的模型。最后，我们介绍了基于LDE的线性耦合光腔阵列长距离量子隐形传态方案，并表明即使在中等高温下，该方案也能实现高保真度和高成功率。