雙原子系統(tǒng)中量子關(guān)聯(lián)的演化及其在量子通訊中的應(yīng)用.pdf

1、量子信息學(xué)是以量子力學(xué)和信息科學(xué)為基礎(chǔ)的一門新興交叉學(xué)科，它主要利用量子態(tài)的相干性、量子糾纏等量子力學(xué)的奇妙特性來(lái)完成傳統(tǒng)的信息任務(wù)。量子信息在信息處理任務(wù)中具有相應(yīng)的經(jīng)典信息無(wú)法比擬的優(yōu)越性，如超快的運(yùn)算速度，超大的信道容量以及無(wú)法破譯的保密通訊等。近年來(lái)以場(chǎng)量子和實(shí)物粒子作為信息載體的相關(guān)研究引起了廣泛關(guān)注，尤其是基于腔QED（腔量子電動(dòng)力學(xué)）的設(shè)計(jì)方案，由于具有較長(zhǎng)的退相干時(shí)間以及高品質(zhì)的腔，并可以在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)原子與場(chǎng)的強(qiáng)耦合，被

2、認(rèn)為是最有前景的量子信息方案之一。本論文主要工作就是基于原子和光場(chǎng)相互作用模型，研究在不同方案下雙原子的量子關(guān)聯(lián)演化并完成糾纏態(tài)的制備、量子態(tài)的隱形傳輸?shù)刃畔⑻幚砣蝿?wù)。全文共分五章，其中第三章到第五章是我們的主要研究工作，整篇論文的具體內(nèi)容安排如下:
　　第一章介紹了論文的研究背景和研究意義，主要包括量子計(jì)算和量子通訊的研究歷史和研究意義以及量子信息物理實(shí)現(xiàn)的物理系統(tǒng)的介紹，并給出全文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排。
　　第二章介

3、紹了本文研究?jī)?nèi)容的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括量子比特，通用量子門，幾種常用的量子關(guān)聯(lián)判據(jù)和度量方法以及光場(chǎng)的幾種非經(jīng)典態(tài)。
　　第三章在光和原子相互作用的量子系統(tǒng)中，利用量子糾纏轉(zhuǎn)移技術(shù)和量子直接通訊技術(shù)，我們提出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)雙向量子信息存儲(chǔ)與交換的方案。通過(guò)分析原子與光子相互作用，可以制備出原子-光子的糾纏態(tài)。利用單光子探測(cè)技術(shù)，可以完全的分辨出光子的Bell態(tài)，從而準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)糾纏轉(zhuǎn)移，即將原子與光子的糾纏轉(zhuǎn)移到原子-原子上。之

4、后，利用單原子存儲(chǔ)技術(shù)，將方案中的操作信息存儲(chǔ)到目標(biāo)原子上。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，首先，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的雙向量子對(duì)話，將雙方信息進(jìn)行交換。其次，利用第三方進(jìn)行信息的交換與存儲(chǔ)的同時(shí)不被第三方獲取任何信息，即不需要第三方提供認(rèn)證，從而保證了通訊的安全性。最后，信息存儲(chǔ)在第三方的原子上，理論上合法的通訊雙方可以選擇任何時(shí)間完成對(duì)話。
　　第四章給出了如何利用熱場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的方法研究雙原子系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)糾纏隨溫度變化的問(wèn)題。我們介紹了熱場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的研究方

5、法，并利用該方法來(lái)處理處于相同溫度下存在相互作用的雙原子系統(tǒng)以及處于不同溫度的沒(méi)有任何相互作用的雙原子系統(tǒng)的糾纏演化問(wèn)題。使用q-形變諧振子形式，在q-Fock空間將哈密頓量展開(kāi)，再利用熱場(chǎng)動(dòng)力學(xué)方法，得到系統(tǒng)熱化后的原子頻率以及耦合系數(shù)的變化對(duì)不同溫度下系統(tǒng)量子關(guān)聯(lián)的影響以及維持系統(tǒng)量子特性的條件。
　　第五章研究了量子通訊中重要的糾纏對(duì)共享資源，主要包括如何從連續(xù)變量系統(tǒng)中提取糾纏，并遠(yuǎn)距離制備糾纏對(duì)原子。我們提出一個(gè)模型，同