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两体开放量子系统的纠缠动力学

黄江  
【摘要】:量子纠缠是量子信息处理的重要物理资源。理想地,人们希望量子信息处理需要的量子纠缠能够有高的纠缠度和长的纠缠保持时间。但实际的量子系统不可避免与环境发生相互作用,是开放量子系统。在开放量子系统条件下,量子系统与环境的相互作用引起退相干,导致纠缠的衰减与死亡。研究开放量子系统中环境耗散对纠缠动力学的影响规律,有效防止纠缠的衰减与死亡,是目前量子信息处理研究的重大课题。本学位论文运用开放量子系统理论与量子纠缠理论研究两体开放量子系统的纠缠动力学,具有重要的学术意义与应用参考价值。主要工作与创新点如下: 第一章简述与本论文研究相关的基本理论。包括开放量子系统的基本理论与量子纠缠的基本理论。 第二章研究了在电磁场环境下一个二能级原子的布居动力学。借助于时间消卷积主方程,在马尔科夫和非马尔科夫条件下对能级兰姆移动参数及衰减率参数作微扰展开,得到原子的约化密度矩阵与原子布居。研究结果表明:在强耦合条件下,由于环境的记忆效应,流失到环境中的信息部分返回到原子系统中,导致原子布居衰减的抑制,出现回复现象。原子布居得到有效的保持。 第三章研究了一个具有双洛伦兹谱的光子带隙环境中的两个二能级原子系统的纠缠动力学。利用双洛伦兹谱的特殊结构,考察光子带隙的带宽对纠缠囚禁的影响。结果表明:通过合适的参数设置,可以实现在双洛伦兹谱的光子带隙中原子自发衰减的有效抑制、系统纠缠的长时间保持与纠缠囚禁。 第四章研究了在热库条件下两个V型三能级系统的蒸馏纠缠动力学。利用重排定则测量九维密度矩阵的纠缠,定义与重排密度矩阵相联系的物理量Γ来测量蒸馏纠缠的变化。研究结果表明:Γ在有限的时间内衰减到零,热库中任意制备的初始自由纠缠态在有限的时间内转变为束缚纠缠态,发生了蒸馏纠缠突然死亡的现象,系统自由纠缠态保持的时间决定于初态参数的选取。 第五章提出了在两个全同二能级原子与环境相互作用时避免纠缠死亡,制备理想纠缠态、划分纠缠敏感区域的有效的方法。具体研究了两个原子初始处于贝尔叠加态时的纠缠动力学,考察了初始激发态、初始纠缠角度和纯度对纠缠形成的影响,确定了纠缠突然死亡区域和纠缠自由区域的清晰边界。 第六章对全文进行了总结与展望。


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