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量子相干非局域优势动力学研究

王龙飞  
【摘要】:起源于量子态的叠加原理的量子相干性和量子纠缠一样,被认为是量子信息理论中的一种很有用的资源。现在,量子相干性已经被广泛地应用在很多领域,比如,量子生物学、量子信息学、量子热力学等。对于量子相干性的研究不仅可以拓展量子力学理论、深化对量子物理的本质的认识,而且还能促进量子资源在量子信息处理中的应用。量子导引是另外一种重要的资源,它是被Schrodinger在1935年提出来的用来分析EPR悖论。最近,关于量子相干性和量子导引这两大资源理论的关系受到越来越多的关注。基于这两种资源的关系的研究,一些学者提出了新的概念,比如,导引态的量子相干性的概念和量子相干的非局域优势的定义。大家都知道,量子力学和相对论理论是现代物理学的两个基础组成部分。现实的世界是一个严格的非惯性系,它总是会存在旋转和加速度,因此,我们需要考虑到相对论效应的影响。研究相对论框架下量子资源理论对量子力学、相对论,量子信息理论的发展有非常积极的推动作用。另一方面,因为量子系统实际上是开放的,在现实的量子任务中,量子系统和周围环境之间必然会有相互作用,因而退相干效应就会产生。因此,在开放量子系统中(噪声通道)克服系统消相干,抑制噪声环境对量子相干性的影响就变得尤为重要。这将对推动量子相干性的应用具有重大的意义。本文主要针对非惯性系背景下量子相干的非局域优势和量子相干的动力学行为进行了研究。此外,还提出了四种在幅值阻尼通道中,基于量子弱测量和反转测量的量子相干性的保护方案。主要研究成果如下:1.相对论效应下的量子相干非局域优势动力学行为的研究我们探讨了在两体纠缠Unruh-Dewitt探测器系统中,当其中一个探测器具有加速度并与一个无质量的标量场耦合的情况下,Unruh效应对量子相干非局域优势的影响。此外,我们也研究了在盎鲁噪声存在的情况下,量子相干性,Bell非局域性,量子导引,量子纠缠,量子失谐的动力学演化。结果表明:(1)量子相干的非局域优势随着加速度的增加而单调减少,并且会出现“突然死亡”的现象,这表明当加速度超过一定值时,我们将不能够获得这种量子相干的非局域优势。(2)此外,有趣的是我们发现了量子导引-Bell非局域性--量子相干的非局域优势的这种层级关系。(3)比较上述几种量子资源,我们发现在有限的加速度范围内,只有相对熵的量子相干性和量子失谐没有发生“突然死亡”现象。这些结果将有助于我们在相对论效应下理解和应用量子相干的非局域优势。这就要求我们寻求一些措施来提升它的鲁棒性。2.非惯性系背景下振幅阻尼噪声通道中量子相干性的保护基于量子弱测量,在非惯性系背景下狄拉克场中,我们提出了四种保护幅值阻尼通道中两比特量子系统量子相干性的方案。结果表明:(1)量子弱测量确实可以在非惯性系下幅值阻尼通道中用来保护量子相干性。(2)在方案三和方案四中,随着弱测量强度的增加,相应的量子相干性的保护效果越好,而成功的概率则越低。(3)在前两种方案中出现了一些特殊现象。随着弱测量强度的增加却不能提升系统的量子相干性,这是由弱测量本身特性决定的。(4)在实际操作中,我们想要达到最好的保护量子相干性的效果,要综合考虑噪声通道参数和弱测量强度等因素。


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