基于微波調控技術的量子非局域關聯(lián)研究.pdf

1、量子非局域性和量子關聯(lián)是量子力學的兩個獨特的性質。作為兩種不同的量子資源，在量子信息處理中扮演者十分重要的作用。到目前為止，在實驗上已經利用糾纏光子對、原子的糾纏、囚禁離子的糾纏、原子與光子之間的糾纏、單個中子不同自由度之間的糾纏以及超導量子比特的糾纏等驗證了量子非局域性(Bell不等式和無不等式形式的Hardy非局域性)。量子關聯(lián)被認為是量子力學中一個比量子糾纏更基本的概念。量子關聯(lián)是近年來的一個研究熱點，吸引了很多研究者的興趣。然而

2、，在實際的條件下，量子系統(tǒng)不可避免的與周圍的環(huán)境發(fā)生相互作用。這將導致量子系統(tǒng)發(fā)生退相干。因此，研究在退相干環(huán)境中量子關聯(lián)的動力學是十分必要的。本文我們研究了在驅動腔系統(tǒng)（如電路量子電動力學系統(tǒng)）中基于量子非破壞性測量驗證兩體和三體量子非局域性以及在局域的退相干信道中兩體量子態(tài)的量子關聯(lián)的動力學。主要的研究內容如下:
　　1.在驅動腔系統(tǒng)中，當二能級原子（量子比特）色散耦合于腔場且考慮原子與腔場之間所有的統(tǒng)計量子關聯(lián)（即超越了平均

3、場近似），通過探測驅動腔的穩(wěn)態(tài)透射譜可以實現(xiàn)對腔內兩個二能級原子的量子非破壞性測量，即透射譜中每一個透射峰標記相應的計算基態(tài)且透射峰的相對高度等于相應的計算基態(tài)在被探測態(tài)中的疊加幾率?；谶@類量子非破壞性測量，不需要慣常的量子態(tài)層析技術就可以確定制備的量子態(tài)的存在。利用這類測量可以確定局域的經典變量之間的非局域關聯(lián)函數(shù)。因此，表征兩體量子非局域性的Bell不等式和梯子型Hardy非局域性可以被有效地驗證。
　　2.作為兩體量子非局

4、域性驗證的自然推廣，基于驅動腔系統(tǒng)中三個二能級原子的量子非破壞性測量，對三種三比特量子態(tài)（GHZ態(tài)、W態(tài)和兩體可分的三比特態(tài)），我們提出了驗證三體量子非局域性（Mermin不等式和Svetlichny不等式）的實驗上可行的方案。研究結果表明Mermin不等式可以被這三種量子態(tài)違背，但Svetlichny不等式只會被GHZ和W態(tài)違背。這意味著只有Svetlichny不等式才能表征真正的三體量子非局域性。因此，Svetlichny不等式的違

5、背可以看作真正的三體糾纏存在的魯棒的判據(jù)。
　　3.研究了在三類局域的退相干信道（比特翻轉、相位翻轉和比特-相位翻轉信道）中一類兩比特量子態(tài)的幾何量子關聯(lián)的動力學。我們發(fā)現(xiàn)，在退相干信道中這類態(tài)的幾何量子關聯(lián)存在四種動力學行為:單調地衰減到零;單調衰減過程中存在一個突變點;單調衰減過程中存在兩個突變點;先在有限的時間內保持不變然后再單調地衰減到零。同時可以發(fā)現(xiàn)沒有幾何量子關聯(lián)的突然死亡發(fā)生。進一步地，建立了在這三類退相干信道中幾何

6、量子關聯(lián)的演化所滿足的因式分解定律。一旦給定了退相干信道的類型，不需要借助于初態(tài)本身，從這個定律可得幾何量子關聯(lián)演化的下界。
　　4.研究了在五類局域的退相干信道（退相、相位翻轉、bit/trit翻轉、bit/trit相位翻轉和退極化信道）中一類含有兩個參數(shù)的qubit-qutrit態(tài)的經典關聯(lián)、測量誘導擾動量化的量子關聯(lián)和量子糾纏的動力學。我們發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，經典關聯(lián)保持不變或單調地衰減到零。測量誘導擾動存在三種動力學行為:

7、單調地衰減到零;單調地衰減到一個非零的穩(wěn)定值（即剩余量子關聯(lián)存在）;先從零單調地增加到最大值再單調地減小到零。與量子糾纏的突然死亡現(xiàn)象不同，經典關聯(lián)和測量誘導擾動都不會出現(xiàn)突然死亡。以非慣性系框架下的情況為例，我們研究了由Unruh效應產生的一類qubit-qutrit態(tài)的測量誘導擾動及其在這五類局域的退相干信道中的動力學。我們發(fā)現(xiàn)，隨著加速參數(shù)的增加測量誘導擾動而減小。在退相干信道中這類態(tài)的測量誘導擾動單調地衰減到零或者一個非零的穩(wěn)定