多種環(huán)境下量子糾纏的調(diào)控研究.pdf

1、量子信息學(xué)是量子力學(xué)和信息科學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，其誕生和發(fā)展在科學(xué)和技術(shù)方面具有深遠(yuǎn)意義。與經(jīng)典信息處理相比，量子信息處理具有無可比擬的優(yōu)越性，例如量子計(jì)算速度能夠指數(shù)倍地提升經(jīng)典計(jì)算速度；絕對意義上的安全通訊可以通過量子保密通訊做到等等。眾所周知，絕大部分量子信息處理過程的實(shí)現(xiàn)都離不開系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)。量子糾纏作為量子信息學(xué)眾多重要研究內(nèi)容里最為核心的物理資源，其發(fā)展決定了量子信息技術(shù)應(yīng)用前景的廣闊性。然而，由于系統(tǒng)和環(huán)境

2、之間存在著不可避免的相互作用，最終會破壞整個系統(tǒng)的量子糾纏，進(jìn)而限制量子糾纏在實(shí)際量子信息和量子計(jì)算中的應(yīng)用。這種局域退相干過程也是量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要障礙，因而研究開放系統(tǒng)中各種不同環(huán)境導(dǎo)致的量子糾纏動力學(xué)是必要且有意義的。本論文主要研究的內(nèi)容有以下幾個方面：
　　1.詳細(xì)討論了不同環(huán)境模型中Bell型糾纏態(tài)系統(tǒng)的糾纏動力學(xué)。通過建立三種不同的環(huán)境模型（單一熱庫模型、共同熱庫模型和獨(dú)立熱庫模型），利用贗模理論的方法，分析比較了初

3、始處于Bell型糾纏態(tài)系統(tǒng)的糾纏動力學(xué)特性，給出了系統(tǒng)糾纏保持較優(yōu)的環(huán)境模型。特別地，當(dāng)熱庫譜密度為光子禁帶時，選擇合適的參數(shù)使光子禁帶為理想帶隙，研究發(fā)現(xiàn)在上述三種不同的比特-環(huán)境退相干信道中，都會發(fā)生兩比特糾纏俘獲現(xiàn)象。對比不同退相干信道模型對比特間糾纏俘獲現(xiàn)象的影響，給出獲得較大糾纏俘獲的條件。
　　2.主要研究了不同的退相干環(huán)境對原子系統(tǒng)量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)的影響?？紤]兩個初始具有量子關(guān)聯(lián)的原子分別與兩個獨(dú)立的局域環(huán)境相互作用的

4、物理模型。主要對比研究了四種典型的環(huán)境模型：單洛倫茲環(huán)境模型，平方洛倫茲環(huán)境模型，雙洛倫茲環(huán)境模型和光子禁帶模型。研究發(fā)現(xiàn)，在弱耦合機(jī)制下，當(dāng)原子與贗模滿足共振或者近共振條件時，原子的量子discord在單洛倫茲環(huán)境模型（光子禁帶模型）中要比在平方洛倫茲環(huán)境模型（雙洛倫茲環(huán)境模型）中更強(qiáng)健。但對應(yīng)于遠(yuǎn)共振條件，得到的結(jié)果恰恰相反。然而，在強(qiáng)耦合機(jī)制下，不管是原子與贗模滿足近共振還是遠(yuǎn)共振條件，原子的量子discord在平方洛倫茲環(huán)境模型

5、（雙洛倫茲環(huán)境模型）中都比在單洛倫茲環(huán)境模型（光子禁帶模型）中表現(xiàn)的更強(qiáng)健。對這兩種不同的機(jī)制，我們分別從環(huán)境的譜密度函數(shù)和非馬爾科夫性出發(fā)給出了合理的解釋。研究發(fā)現(xiàn)：在弱耦合機(jī)制中，量子關(guān)聯(lián)單調(diào)衰減的速度主要取決于各種環(huán)境模型的譜密度函數(shù)；而在強(qiáng)耦合機(jī)制下，系統(tǒng)量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)主要依賴于環(huán)境模型的非馬爾科夫性。
　　3.利用弱測量與量子反轉(zhuǎn)測量對系統(tǒng)量子態(tài)的保護(hù)作用，分別研究了兩初始糾纏比特在共同光子禁帶以及各自獨(dú)立光子禁帶下的環(huán)

6、境模型，并提出了一個有效的機(jī)制來提升兩比特發(fā)生糾纏俘獲時的糾纏量。即在兩比特進(jìn)入退相干信道前后，分別對它們選擇合適的弱測量和量子反轉(zhuǎn)操作。在共同光子禁帶模型中，著重分析了最優(yōu)糾纏俘獲及其成功幾率與弱測量強(qiáng)度的關(guān)系。并且指出對比特做弱測量操作可以抑制光子禁帶模型中的糾纏突然死亡現(xiàn)象。在獨(dú)立光子禁帶模型中，主要研究了最優(yōu)糾纏俘獲與前弱測量強(qiáng)度以及系統(tǒng)初始糾纏度的依賴關(guān)系。
　　4.研究了由初始經(jīng)典混合分離態(tài)產(chǎn)生系統(tǒng)量子糾纏和量子dis