Fock空间中的量子纠缠

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在二次量子化表征下,每个单粒子态(模)可能有多种占据数,这种占据数信息也可以用来表征量子比特,人们可以讨论两个或多个单粒子态间的量子纠缠,这里的“粒子”不是通常意义上的实在粒子,而是单粒子态,或者Fock空间中所谓的位置。本文详细地讨论了在不同的巡游电子系统中,这种Fock空间中的量子纠缠(对纠缠concurrence或局域纠缠von Neumann熵)的性质,以及与量子态局域性和系统金属一非金属相变间的关系。这些研究可以使我们从一个新的量,即量子纠缠,来认识和理解无序系统中电子运动的局域化问题。 第一章,对一般的量子纠缠以及Fock空间中的量子纠缠的定义、度量等作了详细地介绍。 第二章,借助于对纠缠concurrence,分别讨论了单电子在四个确定的和随机的一维势模型中的量子纠缠,发现从单个态的concurrence上,可以明显地区分出扩展态、局域态和迁移率边,并且从谱平均concurrence随模型势能参数的变化上,可以反映出系统的金属一非金属相变。 第三章,推出了无自旋双电予系统的对纠缠concurrence的明确表达式,借助于该公式,讨论了一维双粒子Harper模型中的量子纠缠。总体来讲,在势能参数λ<2时,谱平均concurrence N较大,在λ>2时,N相对较小。N的最大值出现在一维单粒子Harper模型的临界点λ=2(金属一非金属相变点)处,电子间的相互作用并不改变这一特点.在相同的势能参数时,U≠0时的N总是小于U=0时的N,且这种减小效应随U的绝对值的增大而变大。 第四章,借助于局域纠缠von Neumann熵,讨论了一维单电子系统及无自旋的双电子系统的量子纠缠。在单电子情形,以慢变化势模型和Harper模型为例,发现从单个态的yon Neumann熵上,可以明显地区分出扩展态、局域态和迁移率边,并且从谱平均von Neumann熵随模型势能参数的变化上,可以反映出系统的金属一非金属相变。在双电子情形(相互作用U?0),以Harper模型为例,分别讨论了费米子系和玻色子系的量子纠缠。对这两种系统,发现在相同的势能参数时,∪>0时的基态von Neumann熵总是小于∪=0时的基态von Nelamann熵,这种减小效应随着∪的增大而变大。对玻色子系,谱平均von Neumann熵随势能参数及相互作用的变化规律与波包动力学方法得到的结果相当一致。另外,粒子问的相互作用并不改变属一非金属相变点。 在最后一章,借助于对纠缠COtlcurrence和局域纠缠vorl Netlirann熵,讨论了单电子在准周期(Harper模型)量子“小世界”网络模型中的量子纠缠,发现量子纠缠和从inverse participatjon ratiO及能隙s的分布得到结果符合的非常好,所以量子纠缠能够反映出量子态的局域性质。同时结果表明:在势能参数λ<2时,谱平均Von Netlmann熵随网络中的捷径数目L的增加先减小后增大,而在λ>2时,随L的增大而增大。
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