量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)演化及其優(yōu)化調(diào)控.pdf

1、光量子論的誕生對(duì)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。描述微觀粒子非定域性的重要概念——量子關(guān)聯(lián)，處于量子力學(xué)的核心地位，在量子物理中扮演著極其重要的角色。其作為量子通信和量子計(jì)算的基本資源引起人們的廣泛關(guān)注和深入探究，在量子隱形傳態(tài)、量子計(jì)算機(jī)、量子密碼術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于量子系統(tǒng)不可避免的與環(huán)境發(fā)生相互耦合，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)量子態(tài)的退相干，使得系統(tǒng)在動(dòng)力學(xué)演化過程中會(huì)發(fā)生量子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度的衰減、糾纏突然死亡和量子關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移等現(xiàn)象，限制了量子關(guān)聯(lián)態(tài)

2、在量子信息處理與量子計(jì)算中的應(yīng)用。抑制量子關(guān)聯(lián)態(tài)在演化過程中的強(qiáng)度衰減，以及尋求不同環(huán)境條件下提高量子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度的方法，對(duì)于量子信息理論和實(shí)驗(yàn)的發(fā)展是比較重要且有意義的研究課題。本文主要利用非線性介質(zhì)和弱測(cè)量操作對(duì)量子態(tài)的影響來優(yōu)化調(diào)控動(dòng)力學(xué)演化過程。內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1．研究?jī)啥芗?jí)原子在封閉系統(tǒng)中的糾纏動(dòng)力學(xué)演化特征。主要針對(duì)真空腔場(chǎng)、粒子數(shù)態(tài)、以及非線性介質(zhì)腔場(chǎng)下的原子糾纏動(dòng)力學(xué)演化過程進(jìn)行分析。首先，利用部分轉(zhuǎn)

3、置矩陣負(fù)本征值的方法分析糾纏原子在粒子數(shù)態(tài)和克爾介質(zhì)環(huán)境中的糾纏演化，發(fā)現(xiàn)克爾介質(zhì)環(huán)境下糾纏突然死亡現(xiàn)象消失，并可使得量子糾纏態(tài)始終保持在高糾纏度值振蕩演化。其次，運(yùn)用共生糾纏的度量方法對(duì)初始糾纏的原子與附加類克爾介質(zhì)的光腔相互作用模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)非線性效應(yīng)和原子與腔場(chǎng)間的失諧量均可抑制糾纏突然死亡現(xiàn)象的發(fā)生。第三，分別研究Nonlinearity Jaynes-Cummings（N-J-C）模型及Jaynes-Cummings（J-

4、C）模型中糾纏動(dòng)力學(xué)，在J-C模型中原子初始糾纏可以發(fā)生糾纏突然死亡現(xiàn)象，而在N-J-C模型中利用介質(zhì)的非線性和失諧量的影響均可避免糾纏突然死亡現(xiàn)象的發(fā)生，而且一定程度上幾乎可以恢復(fù)到原子間初始糾纏值。
　　2．利用弱測(cè)量技術(shù)研究開放系統(tǒng)中兩量子比特的量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)演化和轉(zhuǎn)移。有糾纏突然死亡現(xiàn)象產(chǎn)生的非最大糾纏初態(tài)，經(jīng)弱測(cè)量操作后，在演化過程中不但能夠提高量子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，而且能夠縮小甚至消除量子比特間糾纏突然死亡的發(fā)生時(shí)間；對(duì)于演化

5、過程中無糾纏突然死亡的非最大糾纏初態(tài)，弱測(cè)量操作則會(huì)降低量子比特間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度；對(duì)初始處于最大糾纏態(tài)的粒子，弱測(cè)量操作不能增強(qiáng)量子比特間糾纏但可以優(yōu)化量子態(tài)的量子失協(xié)。弱測(cè)量對(duì)實(shí)現(xiàn)量子關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)移時(shí)的破壞極小，能夠延遲糾纏的衰減，并可使量子糾纏的轉(zhuǎn)移時(shí)間提前。此外，腔場(chǎng)與量子比特間的耦合強(qiáng)度與腔場(chǎng)耗散率間的關(guān)系決定了比特間糾纏在腔中的動(dòng)力學(xué)演化，是否表現(xiàn)為馬爾科夫過程或者非馬爾可夫過程。
　　3．基于弱測(cè)量操作研究開放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)過程中量