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量子信息学作为一门新兴学科，以量子计算机和量子通信为主要内容日益发展起来。量子信息学以量子位作为信息载体，按照量子力学原理进行计算或操作，从而使量子信息学比经典信息学更具有优越性。近几年来，量子信息在理论上和实验上都取得了重大的突破，创造出绝对安全的量子密钥、量子密集编码、量子隐形传态等经典信息理论不可思议的奇迹。量子通信是量子信息的一个重要的研究领域，目前主要涉及量子隐形传态、量子密集编码、量子密钥共享和量子秘密通信等方面。
腔QED主要思想是将俘获的原子约束在高品质腔中，把量子信息储存在原子能态上，囚禁的原子作为量子信息存储器，光腔用来进行量子信息的传输。随着腔QED实验的进展，腔QED方案就成为将来处理量子信息很有前途的理论方案。本论文主要研究了腔QED在量子信息中的应用，主要内容包括下面三部分：
1.研究了Tavis-Cummings模型中两纠缠原子纠缠的演化特性。我们研究了两个纠缠的两能级原子与单模粒子数场进行相互作用系统中两原子的纠缠演化，结果发现：两个原子之间的纠缠呈现出周期性的演化特性，初始两原子的状态、原子之间的偶极相互作用和粒子数场对腔中两个原子的纠缠有着显著的影响，并且还发现适当选择原子的初态，两原子会永远处于最大纠缠态。
2.研究了外场驱动下实现任意两原子未知态的隐形传态方案。在本论文中，我们实现了外场驱动下任意两原子未知态的隐形传态和受控的两原子未知态方案。在隐形传送的过程中，以两原子最大纠缠态作为量子通道，不用考虑腔场耗散和外界热场环境的影响，也不需要对原子进行Bell基测量，而且最终能成功实现传送的几率为1.0。
3.研究了外场驱动下实现量子密钥共享的方案。此方案利用原子而不是光子作为量子通道，可以一定程度上避免纠缠的退化。量子纠缠通道是开始就构建好的，在量子信息过程中，信息粒子不需要在通道中传输，可以保证通信的绝对安全。在这个方案中腔只是虚激发，因此腔场的退相干时间可以大大延长，同时也不需要进行Bell态测量。