量子自旋系统中的量子关联和量子相变研究

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作为实现量子信息任务的一种非常有用的信息资源,量子纠缠已经在该领域展示出巨大优势和潜在的应用前景。然而最近人们发现即使在一些混合的分离态(非纠缠态)中仍然存在着量子关联,经典的纠缠-分离框架在表征和量化量子关联方面不再是合适的。很自然地,我们就要寻求新的方法来定义这些量子关联。为了达到这一目的,量子失谐作为一种新颖的方法被提出来度量系统的量子关联。已经证明量子失谐在量子计算、量子相变以及其他相关领域中起到了非常重要的作用。因此,研究具体物理体系下的量子失谐动力学行为不仅能加深我们对量子关联这一重要概念的理解,同时也更有助于凸显量子失谐优于量子纠缠的独特性质。受此启发,本文利用量子重整化群的方法研究了在有无外部磁场作用下不同自旋系统中量子关联度量的动力学演化行为。主要研究成果有:  (1)基于量子重整化群的方法,研究了一维各向异性XXZ自旋模型中负熵和量子相变的关系。结果表明,经过若干次重整化迭代过程之后,负熵会趋向于两个饱和值。这两个饱和值对应了系统的两个相:自旋液相和尼尔相。而且,我们不仅分析了不同迭代步骤下负熵的一阶偏导行为,同时也讨论了随着系统的尺度增大时源自于负熵一阶偏导的非解析现象和标度行为。  (2)利用量子失谐和几何量子失谐研究了三比特量子纠缠态的单婚特性,以及单婚特性在自旋模型中的动力学行为。首先,对于三比特W-class态,我们发现粒子1和2之间的量子关联会限制两者与其它子系统之间的量子关联。同时证明了其几何量子失谐满足单婚性关系式,而量子失谐违反。然后我们利用了量子重整化群的方法研究了一维各向异性XXZ自选模型中的量子关联单婚性和量子相变关系。结果表明,经过足够次数的重整化迭代之后,量子关联单婚性指数像其它一些量子关联度量一样能够有效的探测到量子临界点附近的量子相变行为。  (3)基于量子重整化群方法,研究了具有DM作用的Ising自旋模型中的量子关联和量子相变。研究结果表明一些量子关联测量经过有限次的重整化迭代之后,可以有效地观测到表征量子相变的量子临界点。同时,在整个的迭代过程中,几何量子失谐不仅始终是量子失谐平方的上边界,也是负熵平方的上边界。有趣的是,我们发现当DM作用很弱时,量子失谐和负熵是相等的,然而当系统的自选轨道作用很强时,量子失谐是恒大于负熵的。  
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