少體系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)和量子棘輪.pdf

1、量子信息科學(xué)是將量子力學(xué)基本原理應(yīng)用于信息論和計(jì)算科學(xué)的產(chǎn)物。一切信息傳輸和計(jì)算的運(yùn)行都必須要有物理的載體，量子信息科學(xué)最基本的載體單元就是量子比特。類(lèi)比于經(jīng)典的情景，量子信息科學(xué)的終極目標(biāo)之一是量子計(jì)算機(jī)。然而任何事物都不是孤立存在的，量子信息科學(xué)也不例外。對(duì)量子信息學(xué)的研究揭示了量子力學(xué)中豐富而奇特的存在，加深了我們對(duì)量子力學(xué)的認(rèn)識(shí)，例如量子糾纏。從形式的數(shù)學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，量子糾纏是態(tài)疊加原理這一量子力學(xué)基本假設(shè)所規(guī)定的態(tài)空間的一種可能

2、的存在。量子信息和量子計(jì)算正是充分利用了量子糾纏這一資源。在量子信息處理的過(guò)程中致命的威脅就是由于系統(tǒng)和環(huán)境的耦合，使得系統(tǒng)的相干性減弱甚至消失，這就是退相干。如何克服退相干是量子信息科學(xué)的一個(gè)重大難題，正是量子信息科學(xué)的發(fā)展極大地推動(dòng)了退相干一這一量子力學(xué)基本問(wèn)題的研究。另一方面，對(duì)于多體系統(tǒng)，其中存在的豐富的量子糾纏正是多體問(wèn)題難以解決的原因，因此量子信息的研究可以促進(jìn)對(duì)多體系統(tǒng)的研究，等等。在本論文中我們將對(duì)這些方面的內(nèi)容有所涉及

3、。
　　 棘輪效應(yīng)指在沒(méi)有偏壓的周期性系統(tǒng)中，通過(guò)引入對(duì)稱(chēng)性破缺而引起的定向運(yùn)動(dòng)。定向運(yùn)動(dòng)就相當(dāng)于輸出功，似乎與熱力學(xué)第二定律相悖。事實(shí)上棘輪效應(yīng)和熱力學(xué)第二定律有著密切的關(guān)聯(lián)，對(duì)棘輪效應(yīng)的研究也加深了人么對(duì)熱力學(xué)第二定律的認(rèn)識(shí)。隨著加工工藝的進(jìn)步，人們已經(jīng)能夠刻蝕出這種微觀的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)有選擇的定向輸運(yùn)。因此有關(guān)棘輪效應(yīng)的研究不僅對(duì)于基礎(chǔ)科學(xué)是有意義的，同時(shí)它還具有實(shí)用價(jià)值。近些年來(lái)由于光學(xué)操作特別是光晶格技術(shù)的進(jìn)步，使得

4、相干的量子棘輪成為可能。本論文的結(jié)構(gòu)和結(jié)果如下：
　　 1，弱測(cè)量在超導(dǎo)相位比特體系誘導(dǎo)的糾纏動(dòng)力學(xué)。
　　 超導(dǎo)量子比特被認(rèn)為是有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算，并最終建成量子計(jì)算機(jī)的可靠物理依托之一。理論上通過(guò)對(duì)電容耦合的兩比特超導(dǎo)回路單片邊行周期性的弱測(cè)量，發(fā)現(xiàn)周期性的弱測(cè)量可以引起兩相位比特的糾纏突然產(chǎn)生。但是測(cè)量的過(guò)程并不必使得糾纏降低，相反的是可以使得糾纏提高。對(duì)于某一類(lèi)混態(tài)可以達(dá)到提純的效果。
　　 2，比

5、特?zé)釒?kù)體系的關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)學(xué)。
　　 系統(tǒng)和環(huán)境的耦合導(dǎo)致系統(tǒng)的退相干，要真正克服退相干即必須要對(duì)退相干有深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)于自旋組成的比特是同波色子組成的環(huán)境中退相干模型。我們通過(guò)對(duì)環(huán)境進(jìn)行粗粒化處理的方法，系統(tǒng)研究和了退相干的具體過(guò)程。系統(tǒng)量子性的消失的同時(shí)畫(huà)境自由度之間建立起了關(guān)聯(lián)，在粗?；饬x下，我們發(fā)現(xiàn)演化完成時(shí)，系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)完完整整的轉(zhuǎn)移到了環(huán)境之間。
　　 3，一維XY模型的自旋動(dòng)力學(xué)。
　　 通過(guò)研究系

6、統(tǒng)淬火之后系統(tǒng)內(nèi)部格點(diǎn)之間的演化的關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)我們發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)也可以用來(lái)表征相變。與以往更加不同的是我們發(fā)現(xiàn)近鄰格點(diǎn)之間的經(jīng)典關(guān)聯(lián)的演化動(dòng)力學(xué)可以用來(lái)表征系統(tǒng)的相變，而量子關(guān)聯(lián)和量子糾纏的動(dòng)力學(xué)卻不可以。
　　 4，新型量子頻閃棘輪方案。
　　 對(duì)原先的的量子頻閃(flashing)進(jìn)行改進(jìn)，在不改變演化時(shí)間周期的前體下，引入時(shí)間上的非對(duì)稱(chēng)性。這使得我們的模型激發(fā)出了原先所不能激發(fā)定向輸運(yùn)模式。同時(shí)在我們改進(jìn)后的方