多體量子系統(tǒng)中的糾纏演化.pdf

1、量子信息和量子計(jì)算科學(xué)是目前科學(xué)研究的前沿課題,是量子力學(xué)與經(jīng)典信息科學(xué)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科。量子糾纏被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)量子信息與量子計(jì)算的重要資源,也是該學(xué)科展示出驚人的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景的根本原因。利用量子糾纏可以完成一些經(jīng)典上本來無法完成的任務(wù),如量子隱形傳態(tài)、量子稠密編碼、基于糾纏態(tài)的量子密碼術(shù)等。多體量子糾纏,因?yàn)槠渚哂斜葍审w糾纏更加豐富的糾纏結(jié)構(gòu)和更為復(fù)雜的性質(zhì),從而在實(shí)際的量子信息處理過程中的得以應(yīng)用。但是,在量子系統(tǒng)的分配和

2、量子操控過程中,量子系統(tǒng)通常都不可避免地與外界環(huán)境發(fā)生這樣或者那樣的相互作用,由此導(dǎo)致的退相干現(xiàn)象將破壞原有系統(tǒng)中原本用于量子信息處理的糾纏資源。因此,研究各種不同環(huán)境模型下的糾纏演化,是量子信息處理過程中的一個(gè)基本問題。特別是對多體量子系統(tǒng)中的糾纏演化的刻畫的研究,有助于對量子糾纏概念的理解,這對于量子信息處理與量子計(jì)算來說,不僅具有理論意義,還具有實(shí)踐意義。
　　在量子糾纏演化的研究中,對量子糾纏的量化是非常重要的。在這種情況

3、下,就希望有一個(gè)容易計(jì)算的糾纏度量。到目前為止,人們已經(jīng)得到大量關(guān)于量子糾纏的定性和定量的研究成果,特別是,對于兩體量子系統(tǒng)而言。然而,對于多體量子系統(tǒng)還沒有普遍適用的糾纏度量。目前,對兩體和低維量子系統(tǒng)來說,有一些便于計(jì)算的糾纏度量,而對于三體量子系統(tǒng)糾纏的刻畫,還知之甚少。對于兩體系統(tǒng)來說,存在最大糾纏態(tài),而其余的兩體糾纏態(tài)就可以和這個(gè)最大糾纏態(tài)相比較而得到相應(yīng)的糾纏量。但是,對于具有更為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多體糾纏系統(tǒng)來說,因?yàn)闆]有和兩體糾

4、纏系統(tǒng)類似的最大糾纏量子態(tài),因此,我們也就沒有辦法將兩體糾纏度量直接的拓展到多體情況。目前,人們對多體糾纏認(rèn)識的還很有限,甚至于對多體糾纏的定性了解都不夠。在量子信息的處理過程中,必然涉及到對多體量子系統(tǒng)糾纏性質(zhì)的研究。同時(shí),多體量子糾纏比兩體糾纏有著更為豐富的內(nèi)涵,從而在量子信息處理中,研究多體糾纏也是十分必要的,因?yàn)槎囿w量子系統(tǒng)在量子信息處理過程中有更為廣闊的應(yīng)用。總之,對多體量子系統(tǒng)中的糾纏演化進(jìn)行研究,具有重要的理論意義和實(shí)踐意

5、義。這也是為什么本論文選擇這個(gè)問題的原因。
　　本文主要研究了一個(gè)多體量子系統(tǒng)中的糾纏演化。論文的主要包括以下幾個(gè)方面。首先,在緒論和第1部分中,介紹了量子信息和量子計(jì)算的一些背景知識,給出量子態(tài)、糾纏態(tài)和糾纏度量等一些基本概念。在第2部分,簡要介紹了系統(tǒng)與環(huán)境相互作用的全量子理論,并給出了本文中所用到的理論模型。在第3部分,我們研究了多體腔庫系統(tǒng)中三量子比特混合態(tài)的糾纏演化。通過一個(gè)便于計(jì)算的糾纏度量一負(fù)性,研究了由一個(gè)GHz態(tài)

6、和一個(gè)W態(tài)構(gòu)成的混合態(tài)的糾纏演化,得到下面的結(jié)果。
　　首先,對于一個(gè)包含有三個(gè)腔以及與其獨(dú)立相互作用的三個(gè)庫的復(fù)合系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)其糾纏演化受到一組單配性關(guān)系的限制。此外,通過負(fù)性來量化糾纏,分析了腔光子的混合態(tài)糾纏的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)三個(gè)腔光子能夠顯示出糾纏突然死亡的現(xiàn)象。但是,與一個(gè)具有相同的初始糾纏量的、一般的三量子比特GHz態(tài)相比較,混合態(tài)糾纏突然死亡的時(shí)間要遲于純態(tài)的糾纏突然死亡的時(shí)間。最后,我們討論了在多體量子系統(tǒng)中糾纏