基于量子反饋控制的糾纏研究.pdf

1、隨著量子光學(xué)和量子信息理論的發(fā)展，量子糾纏的相關(guān)研究備受關(guān)注。理想的量子系統(tǒng)是封閉的，以至于可以一直保持其量子性。然而，真實(shí)的量子系統(tǒng)對(duì)于外界環(huán)境是開(kāi)放的，因此容易受量子退相干現(xiàn)象影響，從而導(dǎo)致糾纏的損失。對(duì)于有效的量子信息任務(wù)而言，退糾纏現(xiàn)象無(wú)疑是一個(gè)主要的障礙。因此，研究開(kāi)放量子系統(tǒng)的糾纏動(dòng)力學(xué)演化性質(zhì)以及掌握控制糾纏衰退的方法具有十分重要的意義。最近，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和操縱單個(gè)量子系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)方面取得了很大進(jìn)展，量子反饋控制被視為處

2、理退相干問(wèn)題，穩(wěn)定糾纏態(tài)的一個(gè)理想方法。因此，本文針對(duì)自旋系統(tǒng)和腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的退糾纏性質(zhì)及動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究利用量子反饋控制方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定糾纏態(tài)的制備和調(diào)控。
　　利用對(duì)數(shù)Negativity和Measurement-induced disturbance方法，研究了與兩個(gè)不同溫度的玻色庫(kù)耦合的混合自旋開(kāi)放系統(tǒng)的量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)。詳細(xì)討論了自旋系統(tǒng)的初態(tài)、熱庫(kù)的溫度、自旋粒子之間鐵磁耦合、反鐵磁耦合以及各項(xiàng)異

3、性參數(shù)對(duì)量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)演化規(guī)律的影響，發(fā)現(xiàn)量子糾纏受系統(tǒng)初態(tài)和熱庫(kù)溫度影響較大并且會(huì)出現(xiàn)突然死亡的現(xiàn)象，而量子關(guān)聯(lián)則不同。量子糾纏只是一種特殊的量子關(guān)聯(lián)，分離態(tài)也可能擁有量子關(guān)聯(lián)。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)自旋系統(tǒng)的耦合常數(shù)和各向異性參數(shù)，可以增強(qiáng)量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)，并且反鐵磁性耦合自旋鏈具有更強(qiáng)的魯棒性。
　　隨著量子比特?cái)?shù)目的增多，糾纏動(dòng)力學(xué)變得更復(fù)雜，在噪聲的影響下糾纏變得更脆弱，因此，開(kāi)發(fā)控制多體退糾纏的方法仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在基于

4、量子跳躍的反饋控制下，研究了在三個(gè)經(jīng)典場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，與強(qiáng)耗散單模腔非共振耦合的三個(gè)Λ型三能級(jí)原子的糾纏動(dòng)力學(xué)。分別討論了初態(tài)為三原子分離態(tài)和三原子糾纏態(tài)的情況下，三個(gè)原子之間的糾纏演化特性。當(dāng)初態(tài)為三原子分離態(tài)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)經(jīng)典場(chǎng)的拉比頻率并且選擇適當(dāng)?shù)木钟蚍答伩刂?，三體糾纏可以被極大地增強(qiáng)。重要的是利用我們的反饋模型，只需調(diào)節(jié)經(jīng)典場(chǎng)的拉比頻率和局域反饋，就可以得到系數(shù)任意的穩(wěn)定W類態(tài)，其中包含重要的三體糾纏態(tài)，如W態(tài)|W>，W類態(tài)|W′±>

5、和三比特?zé)o集體振幅阻尼退相干態(tài)|ψ>。此外，找到了三體W類態(tài)}φ>無(wú)退相干的條件。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)經(jīng)典場(chǎng)的拉比頻率并且進(jìn)行反饋控制，可以實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱W態(tài)和W態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化。在理論上，利用此方案可以實(shí)現(xiàn)N量子比特W態(tài)的制備和穩(wěn)定。該方案對(duì)于穩(wěn)定W態(tài)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)具有一定的指導(dǎo)意義。
　　相比于二維系統(tǒng)，編碼于高維空間的量子通信效率將大大提高。對(duì)于某些特殊類型的竊聽(tīng)攻擊方案，編碼在高維系統(tǒng)上的量子密鑰分發(fā)和量子密碼術(shù)更安全。利用基于量子跳躍