量子退相干和量子糾纏動(dòng)力學(xué)的若干研究.pdf

1、量子理論和現(xiàn)代信息科學(xué)的結(jié)合產(chǎn)生了一門新的學(xué)科：量子信息和量子計(jì)算。這一新的學(xué)科受到了國(guó)內(nèi)外理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們的廣泛關(guān)注，并取得了豐碩的研究成果。量子信息和量子計(jì)算理論研究的一個(gè)重要目的就是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)。由于利用量子并行算法，量子計(jì)算機(jī)具有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法超越的計(jì)算和信息處理能力。從本質(zhì)上講，量子并行算法是利用量子態(tài)的相干性而設(shè)計(jì)的算法。然而，量子信息處理過程不可避免地受到量子退相干的影響，從而使得量子相干性遭到破壞、甚至消失。因此量

2、子退相干是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的一個(gè)重要困難，如何克服它則成了量子信息理論研究的一個(gè)重要方面?？朔孔油讼喔傻囊粋€(gè)重要手段就是尋找量子免退相干的子空間。在這些子空間中，量子態(tài)的相干性不會(huì)被破壞，進(jìn)而可以設(shè)計(jì)無(wú)噪聲的量子編碼。 量子糾纏作為量子信息和量子計(jì)算的重要資源，吸引了眾多物理學(xué)家的巨大興趣。針對(duì)量子糾纏的研究十分廣泛，從最基本的定義到量子糾纏的應(yīng)用以及量子信息處理方案的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)等等。量子糾纏動(dòng)力學(xué)是量子糾纏研究的一個(gè)重要方面。一般

3、來(lái)講量子糾纏動(dòng)力學(xué)指的是量子糾纏的時(shí)間演化規(guī)律。量子糾纏演化的研究將有助于人們從動(dòng)態(tài)上把握量子糾纏在量子信息處理中的狀態(tài)，并進(jìn)而為準(zhǔn)確應(yīng)用量子糾纏去實(shí)現(xiàn)量子信息處理提供理論上的分析和依據(jù)?，F(xiàn)實(shí)中由于量子退相干效應(yīng)的存在，量子糾纏態(tài)的相干性就會(huì)衰減，從而導(dǎo)致量子糾纏發(fā)生變化。 量子退相干和量子糾纏動(dòng)力學(xué)是兩個(gè)相關(guān)的問題。量子退相干破壞量子態(tài)的相干性，進(jìn)而導(dǎo)致量子糾纏出現(xiàn)變化。Ising模型是物理上重要的有限的可解模型之一，由于具有

4、較好的物理對(duì)應(yīng)，所以在研究量子退相干問題中有重要的應(yīng)用。我們的工作之一就是研究了Ising模型作為環(huán)境對(duì)量子相干性和量子糾纏的影響：找出了在該環(huán)境下的免退相干子空間；發(fā)現(xiàn)量子糾纏的演化不僅依賴環(huán)境的溫度、相互作用耦合強(qiáng)度，而且還依賴量子系統(tǒng)自身的大小、初始態(tài)。這些結(jié)果為設(shè)計(jì)無(wú)噪聲的量子編碼提供了依據(jù)，同時(shí)也為理解量子退相干對(duì)量子糾纏的影響給出了理論上的分析。我們的另外一部分工作是研究了隨機(jī)退相干對(duì)量子糾纏的影響：結(jié)果表明量子糾纏的演化依

5、賴于隨機(jī)變量的漲落； 發(fā)現(xiàn)在隨機(jī)過程中不存在免退相干的量子糾纏態(tài)。另外我們分析了幾何相在隨機(jī)過程中的改變：發(fā)現(xiàn)幾何相的改變不僅依賴于隨機(jī)變量的漲落，而且依賴于系統(tǒng)的頻率。我們的研究為人們了解量子退相干和量子糾纏動(dòng)力學(xué)提供了理論上的分析，對(duì)量子相干性和量子糾纏在量子信息處理過程中的應(yīng)用具有一定的理論意義。 全文共分四章：第一章介紹量子退相干的研究進(jìn)展和量子糾纏的相關(guān)概念；第二章分析費(fèi)米環(huán)境導(dǎo)致的退相干和量子糾纏的演化問題；