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腔QED中量子纠缠和量子信息转移问题的研究

栗军  
【摘要】:量子纠缠是量子力学的奇妙特性之一,是存在于多子系复合量子系统中的一种奇特现象。对它的研究不仅能够验证量子理论,而且对量子信息学各个领域的发展都有着极大的推动运用。 腔量子电动力学(腔QED)是原子物理与量子光学的交叉研究领域。它主要研究原子与特定边界条件下量子化光场的相互作用。对其研究能够揭示特殊条件下光与物质相互作用丰富的物理现象及其内在本质,并且在近年来兴起的量子信息领域内,腔QED方案被认为是最有效的量子信息方案之一。 本文在腔QED系统内,就有关量子纠缠在量子光学和量子信息应用的一些问题做了一系列研究,论文的主要内容包括下面三部分: 1.研究了初始处于EPR态的两个二能级原子,将其中一个原子与腔场进行相互作用后做选择性测量,考察对另一个原子量子性质的影响。结果表明通过选择合适的腔场初始状态和演化时间,可控制腔外原子的偶极矩压缩效应。 2.研究了一对纠缠的二能级原子之一与单模真空腔场发生共振相互作用过程中,三体纠缠及三体中两两纠缠的演化特性。研究得出:通过选择不同的演化时间,对这个三体系统的其中之一做选择性测量,可调节另外两体的纠缠状态可实现纠缠纯化;在不做测量时,该体系纠缠都呈现周期性的振荡,特别是,通过选择合适的初始状态和演化时间可生成强壮纠缠态——W纠缠态,在特定演化时刻,可使两纠缠原子的纠缠信息完全转化到腔外原子和腔场中去。 3.利用二能级原子与腔场的大失谐相互作用Jaynes-Cummings(J-C)模型,提出了一种量子信息的转移方案。分别实现了单原子与单个腔场,纠缠的多个原子和单个腔场,及多个原子与多个腔场之间的量子信息的双向传递,实现了分离变量的量子信息和连续变量的量子信息之间的相互转换。


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