共同非平衡环境对二能级复合系统量子关联的影响

【摘要】：量子纠缠是实现量子信息的关键资源,但实际量子系统总会不可避免地与外界环境接触而引起耗散,从而导致量子纠缠的衰减。因此,研究量子纠缠在各种环境下的动力学性质对实际应用具有重要意义。本文针对非平衡环境这一实际环境模型研究了各种物理参量对纠缠的影响及其热力学性质,主要包括以下两个方面。1.研究了由两个量子比特相互耦合所组成的复合系统在两个共同热库中的稳态纠缠及其热化。通过建立并求解主方程,我们得到两量子比特间的稳态纠缠在平衡和非平衡环境中对各参数的依赖关系。研究发现,两量子比特间的耦合强度和能量失谐度均有利于稳态纠缠,同时当两热库的平均温度较低时,两热库的温度差也有利于稳态纠缠。此外,由于系统的暗态不随时间演化,使得其初始布居对稳态纠缠有很大影响。通过定义有效温度研究了两量子比特的热化。研究发现两量子比特可以在平衡热环境下被热化到与热库同样温度,但在非平衡环境下则无法实现。2.研究了由三个耦合量子比特所组成的XX模型系统的热化及稳态纠缠。考虑系统邻近的两个量子比特组成一组,而三个量子比特系统分为两组,分别与两个热库相互耦合。当量子比特间的耦合强度和量子比特与热库的耦合强度均相等时,称之为对称系统。当不符合上述条件时,称之为非对称系统。通过建立并求解主方程,我们探讨了系统热化对耦合强度和热库温度的依赖。结果表明当中间量子比特与两热库的耦合强度较高时,对于对称系统,中间量子比特的有效温度总是高于两热库的平均温度。而对于非对称系统,当中间量子比特与其中一热库耦合强度较大时,则另一与此热库相连的量子比特与中间量子比特间的热流是单向的。我们还讨论了耦合强度和热库温度对子系统间稳态纠缠的影响。结果表明,当对称系统处于热平衡时,两量子比特间的纠缠依据两热库平均温度的不同而处于不同极值。如果两热库的温度相同,则量子比特间纠缠不会受到中间量子比特与两热库间耦合强度的影响(为了分析方便,我们设置中间量子比特与两热库的耦合强度相同)。但是在非对称情况,耦合强度则对纠缠有很大影响。最后,给出本文的总结与展望。