On the role of entanglement in the formation and stability of composite bosons

Wydział FizykiBozony złożone to układy wielociałowe powstałe z wielu podstawowych bozonów lub z parzystej liczby podstawowych fermionów. W ostatnich czasach zasugerowano, że wielkością odpowiedzialną za bozonową własność najprostrzych układów tego typu jest splątanie kwantowe. Ten pomysł zapoczątkował nowy kierunek badań: analizę własności cząstek złożonych w języku teorii informacji kwantowej. Pokażemy, że w szczególnych przypadkach, dwa splątane fermiony mogą wykazywać bozonowe właściwości nawet jeśli znajdują się w dwóch odległych miejscach. Zaproponujemy metodę pozwalającą na przekształcenie stanu dwóch par splątanych fermionów w dwucząstkowy bozonowy stan Foka. Następnie pokażemy, że czasami splątanie może zapewnić stabilność cząstki złożonej. W tym przypadku dynamika nieodziałującej pary splątanych cząstek przypomina dynamikę dwóch oddziałujących cząstek. Ponadto, zbadamy możliwe przyczyny ograniczeń wpływu splątania na zachowanie się cząstek złożonych. Zasada braku sygnalizowania odgrywa tutaj kluczową rolę, co sugeruje, że oddziaływanie między cząstkami może być czasem niezbędne. Ponadto, zaproponuję metodę badania bozonowej własności wielocząstkowych układów fermionowych, która jest oparta na splątaniu wielociałowym. Ta metoda zostanie użyta do zbadania bozonowości stanu podstawowego rozszerzonego modelu Hubbarda w sytuacji kiedy siła oddziaływań pomiędzy cząstkami rośnie.Composite bosons are many-body systems made of many elementary bosons, or an even number of elementary fermions. Recently, it was suggested that quantum entanglement can be understood as the origin of the bosonic character of the simplest systems of this type. This idea motivated a new direction of research: quantum information oriented study of composite particles. We show that, in some special situations, two entangled fermions can exhibit bosonic behaviour while being specially separated. We propose a nonlocal scheme that leads two pairs of entangled fermions to form an analogue of a two-partite bosonic Fock state. Also, we show that in some situations entanglement can provide stability for a composite particle. In this case, the interaction-free dynamics of an entangled bipartite system appear to mimic the behaviour of two interacting particles. In addition, we discuss the possible reasons that can limit the influence of entanglement on the behaviour of composite particles. The no-signalling condition seems to play a crucial role, which suggests that interactions in some situations become necessary. Moreover, I present an entanglement-based method to study the bosonic quality of fermionic multipartite systems. Using this method, I examine the bosonic quality of the ground state of the extended one-dimensional Hubbard model while tuning the strength of interactions

Sculpting bosonic states with arithmetic subtractions

Continuous-variable (CV) encoding allows information to be processed compactly and efficiently on quantum processors. Recently developed techniques such as controlled beam-splitter operations and the near deterministic phonon subtractions make trapped ion systems attractive for exploring CV quantum computing. Here we propose a probabilistic scheme based on the boson sculpting technique for generating multipartite highly entangled states of motional modes of trapped ion systems. We also investigate the effects of decoherence on the fidelity of the generated state by performing numerical simulations with realistic noise parameters. Our work is a step towards generating multipartite CV entanglement