量子糾纏特性和應用研究.pdf

1、20世紀90年代中期Shor量子因子分解算法和Grover量子搜索算法相繼被發(fā)現，從而使得量子計算與量子信息科學成為研究熱點領域。在該領域中，量子糾纏一直扮演著極其重要的角色。事實上，量子糾纏作為量子系統(tǒng)獨有的物理特性，不僅能驗證量子力學的基本問題，而且是量子計算與量子信息科學中極為重要的資源。因此，研究者從各個方面對量子糾纏進行了研究，例如，量子糾纏的本質、度量、演化和應用，量子糾纏態(tài)的分類、制備、傳輸和存儲等。本論文就是圍繞著糾纏動

2、力學、糾纏在量子信息處理任務中的應用以及相關實驗實現等內容展開研究的，主要目的就是要從理論上進一步理解與利用量子糾纏。本文的主要內容包括： 1.針對具體情形和模型，研究量子糾纏的動力學演化。其一，我們研究了與光腔相作用的原子的糾纏演化，明確給出初態(tài)對量子糾纏演化的影響：(1)原子最先制備在GHZ類純態(tài)時，腔中的光子能夠在腔內兩原子間產生糾纏；(2)原子最先制備在W類純態(tài)時，腔內兩原子間的糾纏將會發(fā)生突然死亡現象；(3)原子最先制

3、備在混態(tài)時，初態(tài)中的激發(fā)態(tài)-基態(tài)-基態(tài)部分能夠在腔內兩原子間產生糾纏且縮短零糾纏的時間，而初態(tài)中的激發(fā)態(tài)部分可導致糾纏死亡現象；(4)驗證了兩個關于Concurrence和負性糾纏的定理。其二，我們采用MABK不等式，考察了三粒子之間的量子非局域性在反鐵磁環(huán)境下的演化，發(fā)現了Bell不等式違背突然不成立的現象和反鐵磁環(huán)境中的免退相干子空間。其三，研究了在Milburn內在退相干模型中兩qutrit系統(tǒng)的糾纏演化，發(fā)現糾纏可以通過控制非線

4、性耦合常數來達到最大值。我們上述三個問題的研究結論對延緩、抑制甚至調控環(huán)境等引起的量子退相干效應具有重要的意義。 2.研究用糾纏信道完成量子信息處理任務。其一，指出自旋軌道耦合和內在退相干對糾纏傳遞的影響：發(fā)現了一類信道初態(tài)，自旋軌道耦合和內在退相干對信道和輸出態(tài)的糾纏并未產生任何影響，也就是說信道對自旋軌道耦合和內在退相干免疫；而另外一類信道初態(tài)，信道和輸出態(tài)糾纏隨自旋軌道耦合和內在退相干的變化而變化。其二，考察了用熱糾纏態(tài)進

5、行最優(yōu)的量子密集編碼：對兩量子比特情形，只有當外加磁場小于自旋耦合系數時熱糾纏態(tài)才能用來進行密集編碼，同時研究了外加磁場和環(huán)境溫度對密集編碼能力的影響并給出了有效的臨界編碼條件；而對兩qutrit系統(tǒng)，它們之間的相互作用系數決定了密集編碼的能力且相互作用系數需要大于一定值。我們上述所得結論的意義在于對利用非最大糾纏態(tài)進行量子信息處理任務進行了有益的嘗試。 3.研究在腔QED中實行兩量子比特遠程操作的實驗方案。我們通過重寫恢復算符