量子糾纏特性和應(yīng)用研究.pdf

1、20世紀(jì)90年代中期Shor量子因子分解算法和Grover量子搜索算法相繼被發(fā)現(xiàn)，從而使得量子計(jì)算與量子信息科學(xué)成為研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。在該領(lǐng)域中，量子糾纏一直扮演著極其重要的角色。事實(shí)上，量子糾纏作為量子系統(tǒng)獨(dú)有的物理特性，不僅能驗(yàn)證量子力學(xué)的基本問(wèn)題，而且是量子計(jì)算與量子信息科學(xué)中極為重要的資源。因此，研究者從各個(gè)方面對(duì)量子糾纏進(jìn)行了研究，例如，量子糾纏的本質(zhì)、度量、演化和應(yīng)用，量子糾纏態(tài)的分類、制備、傳輸和存儲(chǔ)等。本論文就是圍繞著糾纏動(dòng)

2、力學(xué)、糾纏在量子信息處理任務(wù)中的應(yīng)用以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容展開(kāi)研究的，主要目的就是要從理論上進(jìn)一步理解與利用量子糾纏。本文的主要內(nèi)容包括： 1.針對(duì)具體情形和模型，研究量子糾纏的動(dòng)力學(xué)演化。其一，我們研究了與光腔相作用的原子的糾纏演化，明確給出初態(tài)對(duì)量子糾纏演化的影響：(1)原子最先制備在GHZ類純態(tài)時(shí)，腔中的光子能夠在腔內(nèi)兩原子間產(chǎn)生糾纏；(2)原子最先制備在W類純態(tài)時(shí)，腔內(nèi)兩原子間的糾纏將會(huì)發(fā)生突然死亡現(xiàn)象；(3)原子最先制

3、備在混態(tài)時(shí)，初態(tài)中的激發(fā)態(tài)-基態(tài)-基態(tài)部分能夠在腔內(nèi)兩原子間產(chǎn)生糾纏且縮短零糾纏的時(shí)間，而初態(tài)中的激發(fā)態(tài)部分可導(dǎo)致糾纏死亡現(xiàn)象；(4)驗(yàn)證了兩個(gè)關(guān)于Concurrence和負(fù)性糾纏的定理。其二，我們采用MABK不等式，考察了三粒子之間的量子非局域性在反鐵磁環(huán)境下的演化，發(fā)現(xiàn)了Bell不等式違背突然不成立的現(xiàn)象和反鐵磁環(huán)境中的免退相干子空間。其三，研究了在Milburn內(nèi)在退相干模型中兩qutrit系統(tǒng)的糾纏演化，發(fā)現(xiàn)糾纏可以通過(guò)控制非線

4、性耦合常數(shù)來(lái)達(dá)到最大值。我們上述三個(gè)問(wèn)題的研究結(jié)論對(duì)延緩、抑制甚至調(diào)控環(huán)境等引起的量子退相干效應(yīng)具有重要的意義。 2.研究用糾纏信道完成量子信息處理任務(wù)。其一，指出自旋軌道耦合和內(nèi)在退相干對(duì)糾纏傳遞的影響：發(fā)現(xiàn)了一類信道初態(tài)，自旋軌道耦合和內(nèi)在退相干對(duì)信道和輸出態(tài)的糾纏并未產(chǎn)生任何影響，也就是說(shuō)信道對(duì)自旋軌道耦合和內(nèi)在退相干免疫；而另外一類信道初態(tài)，信道和輸出態(tài)糾纏隨自旋軌道耦合和內(nèi)在退相干的變化而變化。其二，考察了用熱糾纏態(tài)進(jìn)

5、行最優(yōu)的量子密集編碼：對(duì)兩量子比特情形，只有當(dāng)外加磁場(chǎng)小于自旋耦合系數(shù)時(shí)熱糾纏態(tài)才能用來(lái)進(jìn)行密集編碼，同時(shí)研究了外加磁場(chǎng)和環(huán)境溫度對(duì)密集編碼能力的影響并給出了有效的臨界編碼條件；而對(duì)兩qutrit系統(tǒng)，它們之間的相互作用系數(shù)決定了密集編碼的能力且相互作用系數(shù)需要大于一定值。我們上述所得結(jié)論的意義在于對(duì)利用非最大糾纏態(tài)進(jìn)行量子信息處理任務(wù)進(jìn)行了有益的嘗試。 3.研究在腔QED中實(shí)行兩量子比特遠(yuǎn)程操作的實(shí)驗(yàn)方案。我們通過(guò)重寫(xiě)恢復(fù)算符