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环境中两量子比特的非局域性

刘娟  
【摘要】:量子关联是实现量子信息方案的基本资源。量子失协是一种非经典关联,被认为是当代量子信息科学的关键性概念。近年来,由Luo和Fu引入的测量诱导的非局域性(MIN)是另一种量子关联,它揭示了复合量子系统中也存在的一种非局域性,在量子信息科学与技术中有着举足轻重的地位。由于最优化计算十分的复杂,一般情况下量子失协和非局域性的解析公式都很难得到。在本文中,我们研究环境中两量子比特的测量诱导非局域动力学和测量诱导的几何量子失协动力学,利用蒙特卡洛模拟法和下坡辛算法计算了三种测量诱导的非局域性和几何失协。此外,我们将这三种非局域性和几何失协分别进行了比较。首先,我们给出了相关的理论基础,介绍了密度矩阵和约化密度矩阵的概念,并给出了三种测量诱导的非局域性和三种几何测量量子失协的定义,以及蒙特卡洛模拟和下坡辛算法两种重要的数值模拟方法。其次,利用分析和数值模拟的方法,在给定初态和模型参数的条件下,我们分别研究了与环境相互作用的两量子比特的非局域动力学和几何失协动力学。研究结果表明,三种测量诱导的非局域性随时间的演变具有相似的特性,都表现为先随时间递减后随时间递增的趋势,会出现极小值,并在此处发生突变。在同等环境条件下,三种几何失协随时间的演化特性也是相似的,均呈现为随时间衰减,会出现极小值和极大值,并且通过调节模型参数平均热光子数,极小值会逐渐消失。不同的地方是,1-范数几何失协随时间的演化呈现出近似于线性变化的曲线,而原始的2-范数几何失协和基于保真度测量的几何失协呈现出非线性。对于测量诱导的非局域性没有渐近衰减的行为,而几何失协存在渐近衰减的表现。这些特性能激发人们从理论和实验上深入研究量子关联,从而建立合适的量子关联量度,更好地完成量子信息任务。总之,我们研究了环境中两量子比特的量子关联动力学。我们发现不同的关联度量有不同的动力学行为,可以通过初态和模型参数来调节量子关联度量。在将来的工作中,我们将研究其它系统的量子关联特性,探讨它们在量子信息中的应用。


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