双原子和双模场之间的纠缠传递

摘要

量子纠缠是量子信息操控、存储和传递的基本资源。原子由于其稳定性而易于存储信息，而光子则是传送和处理信息的可靠载体。因此，如何将量子纠缠存储于原子系统中以及如何实现原子系统和光子系统的纠缠传递已经引起了人们的广泛关注。 本文考查了双原子与双模场相互作用系统，其中每个原子只与其相应的局域场模作用，研究了原子间纠缠和光场模间纠缠的动力学演化行为以及二者相互传递的性质，讨论了原子一场模耦合特性、原子间偶极相互作用以及系统初始状态对它们的影响。 首先，我们考察了原子和相应场模的相互作用可以用线性Jaynes-Cummings(JC)模型来描述的情况。 当两个原子一场模相互作用子系统彼此分离时：(1)在双模真空场作用下，我们发现如果两个原子一场模耦合系数相同，初始时刻原子所具有的纠缠可以在双原子和双模场之间精确地相互传递，如果两个原子一场模耦合系数不同，纠缠在二者之间的传递效率下降。此外，我们还讨论了negativity和concurrence之间的关系，发现对于两量子位系统，二者的取值范围一样，在判断纠缠存在与否的标准上也完全相同，但当系统处于混态时二者的大小不能始终保持一致。(2)在双模压缩真空场驱动下，我们发现原子间纠缠和光场模问纠缠只有在光场初始压缩比较小的时候才具有较好的周期性，此时纠缠在双原子和双模场之间的相互传递是近似精确的。在光场压缩参数r≈0.86时，双模场将其纠缠传递给双原子的效率最高，双原子可获得的最大纠缠度最大。 当两个原子一场模相互作用子系统处于同一个光腔且原子间存在偶极一偶极相互作用时，在双模真空场驱动下，弱偶极相互作用不仅可以诱导双原子纠缠，而且几乎不影响双原子与双模光场之间的纠缠相互传递。强偶极相互作用虽然亦可诱导原子间纠缠，并可将初始时刻原子间纠缠保持下来，却使双原子很难将其纠缠传递给双模场。 其次，我们还考查了原子与其场模的耦合系数依赖于光强(intensity-dependent)的情况。当两个原子一场模相互作用子系统彼此分离时，在双模压缩真空场驱动下，我们发现双原子和双模场两个子系统的纠缠演化具有确定的周期，这种周期性并不依赖于系统的初始状态，对于任意给定的压缩参数值r，两个子系统的纠缠传递周期为π。此外，双原子可获得的最大纠缠度是r的单调增加函数，我们证明对于具有足够大压缩的初始光场，经历半周期，两个原子可以近似演化为一个Bell最大纠缠态。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1量子纠缠及制备

1.2量子纠缠传递简介

1.3本文内容

第二章本文的基础理论

2.1量子纠缠的定义

2.2量子纠缠的度量

2.2.1分离变量纠缠的度量

2.2.2连续变量纠缠的度量

第三章双模真空场作用下线性JC模型的纠缠传递

3.1模型及理论推导

3.2讨论与分析

3.2.1两原子初始处于状态相同的相干叠加态

3.2.2两原子初始处于状态相反的相干叠加态

3.3小结

第四章偶极相互作用对双模线性JC模型纠缠传递的影响

4.1模型及理论推导

4.2双原子初始分离

4.2.1弱偶极相互作用效应

4.2.2强偶极相互作用效应

4.3双原子初始纠缠

4.3.1弱偶极相互作用效应

4.3.2强偶极相互作用效应

4.4小结

第五章双模压缩场作用下线性JC模型的纠缠传递

5.1模型及理论推导

5.2讨论与分析

5.3小结

第六章双模压缩场作用下依赖强度耦合JC模型的纠缠传递

6.1模型及理论推导

6.2讨论与分析

6.3小结

第七章总结与展望

参考文献

硕士阶段完成的论文

致谢