正負電子湮滅生成可控光子糾纏的研究

1、分類號：O 43 學校單位代碼：10446 碩 士 學 位 論 文 論文題目：正負電子湮滅生成可控光子糾纏的研究 論文題目：正負電子湮滅生成可控光子糾纏的研究 研 究 生 姓 名 ： 韋文邊 學 科、專 業(yè)： 光 學 研 究 方 向 ： 量子光學與量子信息 導師姓名、職稱： 夏云杰 教授 論文完成時間： 2012 年 3 月 摘要

2、 第 1 頁 摘要 量子糾纏態(tài)是指多粒子體系不能寫成單個粒子態(tài)的直積形式的物理狀態(tài)， 它具有的非局域性和測量斬斷關(guān)聯(lián)性的特征在量子信息科學里潛在廣闊的應用前景。 人們利用光學非線性特性在實驗室上已獲得多個光子在兩個偏振方向上的糾纏態(tài)， 而利用 QED 中腔場與原子的共振原理也可實現(xiàn)多原子糾纏態(tài)的制備。 另外，關(guān)于利用離子在量子阱中制備離子的糾纏態(tài)也有了相關(guān)的報導。 通常， 獲得粒子之間量子糾纏的形式都是以

3、非相對論極限為理論前提， 以光與原子的相互作用為理論基礎(chǔ)， 而所有光與原子相互作用的力現(xiàn)象均屬于四大基本作用力中的電磁相互作用力。 眾所周知， 光子是具有相對論性的麥克斯韋方程組二次量子化的產(chǎn)物，電子自旋和電子內(nèi)稟磁矩原則上也是相對論效應的產(chǎn)物，Dirac 方程的二次量子化形式是描述多電子性質(zhì)的運動學方程。 光子和電子又是一切微觀量子現(xiàn)象的理論模型，因此深入研究相對論情形下的量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)是有意義的。 在非相對論情況下，光子是在原子

4、能級之間激發(fā)躍遷而輻射出來的，而按照玻爾茲曼的統(tǒng)計規(guī)律， 粒子的分布總是處于最低的能級狀態(tài)， 只有少量能激發(fā)到高能級狀態(tài)， 所以從這個意義上講人們是無法獲得高能光子之間的糾纏現(xiàn)象。 本文將主要從量子場理論出發(fā)， 結(jié)合量子態(tài)的疊加原理和自旋為 1/2 粒子的量子糾纏形式,探討初始狀態(tài)處于 Bell 型態(tài)的正負電子對發(fā)生湮滅生成光子的糾纏形式。 論文的內(nèi)容分為五個部分，具體的安排為：第一章為研究背景，簡介量子理論的發(fā)展概況和量子糾纏的性質(zhì)以

5、及它在未來量子信息和量子通信當中潛在的應用，同時也將介紹量子通信存在的若干問題；第二章為電磁不變性理論，主要涉及規(guī)范變換不變性和相對論洛侖茲變換不變性，著重介紹 AB 效應在本文中控制正負電子對初態(tài)的可能性； 第三章為量子場論的基本原理， 該部分內(nèi)容將重點介紹在電磁相互作用下存在各種守恒量的前提條件， 如能量動量守恒和角動量守恒，宇稱守恒，以及電荷守恒的各種依據(jù)；第四章為糾纏正負電子對的湮滅，這是本論文的中心內(nèi)容， 重點講述在三級玻恩近