若干开放系统的非马尔科夫动力学研究

【摘要】：随着量子信息科学的不断蓬勃发展,量子关联已经被认为是量子信息处理过程中非常重要的一种物理资源。任何一个真实的量子体系总要或多或少的与外部环境发生相互作用,从而导致了量子体系的退相干现象，为高效处理量子信息带来麻烦。在退相干过程中，不同类型的环境可能会导致完全不同的动力学结果，所以研究开放量子系统的退相干性质及其动力学行为时,必然要考虑其所处环境的特点。由于环境引起的量子退相干会大大降低计算效率，甚至变成无效计算，所以我们要想办法抵制量子体系的退相干现象或者延长退相干的时间来增强量子关联。 本文正是考虑到了这些因素，才研究了若干开放量子系统的非马尔科夫动力学演化，并取得了一些成果。本文在第一章简单介绍了量子信息学的概括以及量子基础知识，并在末尾给出了该论文的章节安排。第二章除了介绍退相干、开放系统和非马尔科夫度量以外，还介绍了本文中用到的两种量子关联,分别是量子纠缠和量子失协。第三章主要讨论了单模腔场中，二能级原子的量子纠缠（QuantumEntanglement）增强和量子失协(Quantum Discord)增强，讨论了不同参量对量子纠缠增强和量子失协增强的影响，通过计算某段时间内两种量子关联的最大值和平均值,求得量子关联增强的参数区域，发现量子失协的增强区域要大于量子纠缠的增强区域。另外在量子失协增强的很小范围内，量子失协的增强幅度会随着温度的升高而加大，说明在同样的情况下，Quantum Discord抵制退相干的能力要多于QuantumEntanglement。第四章讨论了热费米环境下海森堡XY模型的非马尔科夫动力学，并将其与Bloch球的体积联系起来，当能量或者信息只是单向地从量子系统流向环境时，球的体积逐渐减小，当部分流向环境的信息返回给系统时，球的体积增大，发现系统的非马尔科夫度（Non-Markovianity）会随着环境温度的升高而降低，当温度升高到某个值时，Non-Markovianity变为0；另外，非马尔科夫度的初始值要远远大于1，相对而言还算大，说明布洛赫球的体积出现多次增加的现象，即能量或信息从费米热库环境向系统转移的次数较多；环境磁场增加时，Non-Markovianity也会增加，并在磁场达到某个值时，出现快速增长的趋势。