论文部分内容阅读
量子信息学作为一门新兴交叉学科,诞生于量子力学、计算机科学、信息论和密码学的基础思想的融合,而它的迅速发展更是推动了物理学乃至数学、化学、控制学、电子学等多个不同学科分支的进一步交叉。迄今为止,这一新兴学科受到了国内外物理学家们的广泛关注,并取得了丰硕的研究成果。 量子纠缠和量子非局域性是量子力学中两个最深刻、最奇特的性质,也是量子信息学中的两个关键性概念,是实现量子信息技术的基础。量子纠缠作为量子信息和量子计算的重要资源,可以实现包括隐形传态、超密编码等在内的众多量子信息处理方案。量子纠缠最显著的特征就在于其量子非局域性。可以说,量子信息学中的大多数问题都与非局域的量子纠缠有关。 针对量子纠缠的研究十分广泛,从最基本的纠缠的定义、纠缠的度量到纠缠态的制备、操控等具体方案的实现等等。其中,有关量子纠缠动力学的研究一直是量子理论基础研究的一个热点问题。由于量子系统不可避免地会和环境发生相互作用,多体量子系统中的纠缠会随时间发生衰减。这成为实现量子信息处理方案的主要障碍。因此,人们有必要对多体量子系统中的纠缠演化问题加以研究,这一方面有助于人们更深入地理解量子力学的基本问题;另一方面,也有助于人们动态地把握量子纠缠在量子信息处理中的状态。 本论文正是以量子纠缠动力学为重要研究对象,开展了以下的研究工作: 一、以两原子Tavis-Cummings模型为基础,利用纠缠度量concurrence研究了在系统初始处于两种W类态时两个原子的纠缠演化行为,并对其中的量子纠缠突然死亡现象进行了探讨。结果表明,多体系统中纠缠突然死亡现象的出现不仅和初态的纠缠度有关,而且和初态的具体形式有关。 二、在考虑腔损的两原子Tavis-Cummings模型的基础上,通过计算MABK不等式,考察了原子-腔三体Bell非局域性随时间的演化特性,根据腔损率κ和原子-腔耦合强度λ之间的关系进行了讨论,发现存在所谓的Bell非局域性的突然死亡现象。三体量子系统是超出两体量子系统的最基本的多体系统,因此关于三量子体系中非局域性质的研究,不仅有助于人们了解不同于两体的多体量子体系的新的特性,而且对于量子信息处理的实现具有重要的理论意义。 三、随着人们对强耦合系统的研究,使得无旋波近似的分析方法变得不可或缺。我们在无旋波近似的情况下,从非微扰量子主方程出发,利用纠缠度量concurrence研究了腔束两原子的纠缠动力学,并与旋波近似下的情况进行了比较。结果表明,腔束两原子纠缠的演化行为与原子-腔耦合强度和原子跃迁频率的比值密切相关,而且,无旋波近似时的量子纠缠现象更为丰富。 四、在进一步考虑了原子自发辐射和原子之间的偶极相互作用的情形下,我们再次考察了反旋波项对腔束两原子纠缠动力学的影响。除了得到上述的结果外,还看到,原子之间的偶极相互作用可以加强原子间的纠缠。我们的研究为人们了解量子纠缠动力学提供了理论分析,有助于人们在量子信息处理的过程中尽量避开纠缠突然死亡现象的发生。 五、有关噪声环境下的多体纠缠动力学研究是量子信息处理中的重要课题,其中解相噪声模型对应了很多实际的物理系统,具有重要的研究价值。我们考察了在纯解相噪声影响下,初始处于Werner混态的两量子比特系统的量子纠缠和相干性的衰减,进一步证实了复合系统的纠缠衰减要快于相干性的衰减。同时讨论了初态的混合程度对解纠缠的影响。结果表明,初态的混合程度越大,纠缠衰减地越快。