量子關聯(lián)動力學演化及其優(yōu)化調控.pdf

1、光量子論的誕生對物理學的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。描述微觀粒子非定域性的重要概念——量子關聯(lián)，處于量子力學的核心地位，在量子物理中扮演著極其重要的角色。其作為量子通信和量子計算的基本資源引起人們的廣泛關注和深入探究，在量子隱形傳態(tài)、量子計算機、量子密碼術等領域有著廣泛的應用。由于量子系統(tǒng)不可避免的與環(huán)境發(fā)生相互耦合，會導致系統(tǒng)量子態(tài)的退相干，使得系統(tǒng)在動力學演化過程中會發(fā)生量子關聯(lián)強度的衰減、糾纏突然死亡和量子關聯(lián)轉移等現(xiàn)象，限制了量子關聯(lián)態(tài)

2、在量子信息處理與量子計算中的應用。抑制量子關聯(lián)態(tài)在演化過程中的強度衰減，以及尋求不同環(huán)境條件下提高量子關聯(lián)強度的方法，對于量子信息理論和實驗的發(fā)展是比較重要且有意義的研究課題。本文主要利用非線性介質和弱測量操作對量子態(tài)的影響來優(yōu)化調控動力學演化過程。內容主要包括以下幾個方面：
　　1．研究兩二能級原子在封閉系統(tǒng)中的糾纏動力學演化特征。主要針對真空腔場、粒子數(shù)態(tài)、以及非線性介質腔場下的原子糾纏動力學演化過程進行分析。首先，利用部分轉

3、置矩陣負本征值的方法分析糾纏原子在粒子數(shù)態(tài)和克爾介質環(huán)境中的糾纏演化，發(fā)現(xiàn)克爾介質環(huán)境下糾纏突然死亡現(xiàn)象消失，并可使得量子糾纏態(tài)始終保持在高糾纏度值振蕩演化。其次，運用共生糾纏的度量方法對初始糾纏的原子與附加類克爾介質的光腔相互作用模型進行研究，發(fā)現(xiàn)非線性效應和原子與腔場間的失諧量均可抑制糾纏突然死亡現(xiàn)象的發(fā)生。第三，分別研究Nonlinearity Jaynes-Cummings（N-J-C）模型及Jaynes-Cummings（J-

4、C）模型中糾纏動力學，在J-C模型中原子初始糾纏可以發(fā)生糾纏突然死亡現(xiàn)象，而在N-J-C模型中利用介質的非線性和失諧量的影響均可避免糾纏突然死亡現(xiàn)象的發(fā)生，而且一定程度上幾乎可以恢復到原子間初始糾纏值。
　　2．利用弱測量技術研究開放系統(tǒng)中兩量子比特的量子關聯(lián)動力學演化和轉移。有糾纏突然死亡現(xiàn)象產(chǎn)生的非最大糾纏初態(tài)，經(jīng)弱測量操作后，在演化過程中不但能夠提高量子關聯(lián)強度，而且能夠縮小甚至消除量子比特間糾纏突然死亡的發(fā)生時間；對于演化

5、過程中無糾纏突然死亡的非最大糾纏初態(tài)，弱測量操作則會降低量子比特間的關聯(lián)強度；對初始處于最大糾纏態(tài)的粒子，弱測量操作不能增強量子比特間糾纏但可以優(yōu)化量子態(tài)的量子失協(xié)。弱測量對實現(xiàn)量子關聯(lián)轉移時的破壞極小，能夠延遲糾纏的衰減，并可使量子糾纏的轉移時間提前。此外，腔場與量子比特間的耦合強度與腔場耗散率間的關系決定了比特間糾纏在腔中的動力學演化，是否表現(xiàn)為馬爾科夫過程或者非馬爾可夫過程。
　　3．基于弱測量操作研究開放系統(tǒng)動力學過程中量