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开放量子系统中的纠缠动力学研究

崔利凯  
【摘要】:量子信息学在上世界八十年代诞生以来,发展迅速并取得了一系列的成就,在量子计算、量子密码学、量子隐形传态和量子博弈等诸多方面都有长足的进步。实现量子信息与量子计算和通信的核心资源——量子纠缠,以其区别于经典力学的独特性质,从一提出便引发了物理学界的一场论战。时至今日,人们对量子纠缠的研究仍在继续,它的神秘面纱也在一点点的被揭去。 与经典世界不同的是,在量子世界里,量子比特总是不可避免地与外界环境发生相互作用。由于环境的作用,会使得量子系统动力学过程变为非幺正的,并导致纠缠的衰减和耗散,使量子相干性减弱。所以,研究量子系统在环境影响下的动力学过程及其性质就显得极为重要。 根据量子系统与环境作用效果的不同,常可分为两种过程:马尔科夫过程和非马尔科夫过程。本论文主要围绕开放系统中的纠缠演化与分布进行了研究,主要包括以下两个方面的内容: 1.研究了由两个有初始关联的二能级原子分别与另外一个原子耦合于各自的热库这样一个系统,两个子系统间相互独立无相互作用,考虑子系统内两原子间的偶偶相互作用对系统纠缠的影响。研究了在马尔科夫环境和非马尔科夫环境中不同初态下三组对纠缠间的纠缠转移现象。在两种Bell型的初态条件下,纠缠转移有很大的不同。对于初始无纠缠的一对原子,存在原子间偶偶相互作用强度的参数区,使其纠缠明显减弱。 2.研究了两个二能级原子与同一热库耦合情况下的纠缠演化与分布。在系统中只有一个激子的情况下,将热库的每一个模式都看做一个量子比特,利用全局纠缠的度量方法计算原子与热库模式之间以及模式与模式之间的纠缠值。同时比较在有无原子偶偶相互作用时纠缠的变化。结果表明原子间的纠缠最终全部转移成热库模式与模式之间的纠缠,而且在强耦合与弱耦合情况下的纠缠会有差别。原子间偶偶相互作用强度的变化使得纠缠在模式间平移。


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