原子-腔系統(tǒng)中的量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、量子糾纏是一種量子關(guān)聯(lián)，它是實(shí)現(xiàn)量子信息與量子計(jì)算的重要資源。最近，人們發(fā)現(xiàn)糾纏僅是一種特殊的量子關(guān)聯(lián)，并不是唯一的，在分離態(tài)中也可以具有量子關(guān)聯(lián)。而且這種非糾纏的量子關(guān)聯(lián)比量子糾纏更加普遍并且在抵抗量子退相干方面更有魯棒性，它在量子信息處理和量子計(jì)算中可能會(huì)起到非常重要的作用。因此，研究各種環(huán)境模型下的量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)行為，尤其是多比特量子系統(tǒng)的量子動(dòng)力學(xué)特征，不僅對(duì)理解物理系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)這個(gè)基本概念具有重要的理論意義，而且對(duì)未來潛在的

2、實(shí)際應(yīng)用將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。本文基于原子和腔相互作用系統(tǒng)研究了多體量子系統(tǒng)的量子失協(xié)及其傳送動(dòng)力學(xué)演化，研究結(jié)果主要有:
　　 1、基于兩個(gè)原子分別與各自的高Q腔相互作用的系統(tǒng)研究了量子糾纏和量子失協(xié)的動(dòng)力學(xué)演化。我們發(fā)現(xiàn)量子失協(xié)和量子糾纏一樣也存在突然死亡現(xiàn)象，而且量子失協(xié)猝死的時(shí)間間隔比糾纏死亡短，量子失協(xié)減小的速率比量子糾纏緩慢。研究還發(fā)現(xiàn)量子糾纏和量子失協(xié)的總量以及它們的相對(duì)大小均依賴于原子初始態(tài)的純度p的數(shù)值。研究還表明

3、，量子比特AB的量子糾纏和量子失協(xié)都可以傳送到腔ab，反之亦然，而且量子失協(xié)的傳送與p值無關(guān)，而量子糾纏的傳送卻依賴于p值。令人奇怪的是，當(dāng)原子初始態(tài)是混合態(tài)時(shí)原子和腔的量子失協(xié)會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象。
　　 2、基于兩個(gè)原子分別與各自的耗散腔相互作用的系統(tǒng)研究了量子失協(xié)和量子糾纏的動(dòng)力學(xué)演化。我們發(fā)現(xiàn)在這系統(tǒng)不僅會(huì)發(fā)生糾纏死亡(DSD)現(xiàn)象，而且還會(huì)發(fā)生量子失協(xié)死亡(DSD)現(xiàn)象，但是由于腔的耗散量子失協(xié)并不能夠完全地復(fù)活。此外，我們

4、還發(fā)現(xiàn)量子失協(xié)和量子糾纏的演化與原子初始態(tài)的純度p和相干態(tài)腔場(chǎng)|a(>)有關(guān)。最后我們對(duì)量子失協(xié)和量子糾纏的長(zhǎng)時(shí)演化行為進(jìn)行了討論。我們發(fā)現(xiàn)在腔場(chǎng)存在耗散的情況下，量子失協(xié)和量子糾纏也能夠長(zhǎng)時(shí)間的存在，也就是說，在耗散條件下，原子開始時(shí)的量子失協(xié)在耗散腔場(chǎng)中能夠部分的保存比較長(zhǎng)的一段時(shí)間。我們發(fā)現(xiàn)在短期行為中，在某些條件下存在量子糾纏死亡(ESD)和量子失協(xié)死亡(DSD)現(xiàn)象。然而，在長(zhǎng)時(shí)行為中量子失協(xié)卻會(huì)達(dá)到一個(gè)定值，并且這個(gè)值與原子

5、的初態(tài)，原子和腔的耦合常數(shù)以及腔的衰減有關(guān)。
　　 3、基于原子和消相干熱庫相互作用研究了幾何量子失協(xié)及其傳送的量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)。本工作研究了兩個(gè)不同的模型，首先考慮了一個(gè)包含兩個(gè)量子比特AB和兩個(gè)多模熱庫的系統(tǒng)，并且兩個(gè)量子比特初始處于擴(kuò)展的Werner類態(tài)并且每一個(gè)量子比特獨(dú)立的與一個(gè)多模熱庫耦合。其次，考慮了一個(gè)包含三個(gè)量子比特AB和三個(gè)多模熱庫的系統(tǒng)，并且三個(gè)量子比特初始處于擴(kuò)展的W類態(tài)并且每一個(gè)量子比特獨(dú)立的與一個(gè)多模熱

6、庫耦合。在這兩個(gè)不同的系統(tǒng)中，我們分別研究了短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)條件下幾何量子失協(xié)及其傳送的動(dòng)力學(xué)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這兩個(gè)不同的模型中，在量子比特系統(tǒng)和相應(yīng)庫之間都發(fā)生了幾何discord的傳送。而且量子比特AB和庫ab的幾何discord的量與原子初始態(tài)的純度p有關(guān)。對(duì)于長(zhǎng)期動(dòng)力學(xué)行為，我們發(fā)現(xiàn)量子比特AB的幾何discord漸進(jìn)地衰減為零，而相應(yīng)庫ab的幾何量子失協(xié)從時(shí)間t=0開始增加，顯然，幾何量子失協(xié)可以從量子比特AB傳送到相應(yīng)的熱庫。由

7、于信息的傳送，熱庫ab的幾何量子失協(xié)從時(shí)間t=0開始增加并最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值。此外，量子比特AB和庫ab的幾何discord在時(shí)間演化過程中會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象。
　　 4、研究了一個(gè)由兩個(gè)獨(dú)立的原子-腔-庫子系統(tǒng)組成的耗散系統(tǒng)的幾何discord及其傳送動(dòng)力學(xué)?？紤]了原子和腔的強(qiáng)耦合和弱耦合兩種條件，并假設(shè)兩個(gè)原子A1A2初始處于擴(kuò)展的Werner類態(tài)。結(jié)果表明:在原子-腔強(qiáng)耦合條件下，原子A1A2和腔C1C2的幾何discord漸

8、進(jìn)地衰減為零，而庫R1R2從時(shí)間t=0開始已立即呈現(xiàn)非零的幾何discord。然而，在弱耦合條件下，原子A1A2的幾何discord漸進(jìn)地衰減為零，庫R1R2的幾何discord產(chǎn)生并從零變?yōu)橐粋€(gè)穩(wěn)定值，而腔C1C2在整個(gè)演化過程中幾乎保持在非關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。還可以發(fā)現(xiàn)，原子A1A2的幾何discord衰減地速率比庫R1R2的幾何discord增大的速率快。而且原子A1A2和庫R1R2含有的幾何discord量和原子初始態(tài)的純度p的取值有關(guān)