广义双Jaynes-Cummings模型的纠缠动力学

摘要

量子纠缠是量子计算与量子信息处理的基本资源，量子纠缠态的产生、保持与操纵是量子纠缠制备工程中的关键问题。本文利用量子纠缠与Jaynes-Cummings模型(J-C模型)的基本理论，分别研究了附加Kerr介质双J-C模型、依赖强度耦合双J-C模型和具有腔耗散双J-C模型中的纠缠动力学，取得了一些有创新意义的结果。主要内容如下：
　　 第一章介绍了有关量子纠缠的基础理论，包括量子纠缠的基本概念、量子纠缠的主要量度及其应用。
　　 第二章阐述了J-C模型的基本理论。首先给出了标准J-C模型的哈密顿量推导，介绍了推广的J-C模型-附加Kerr介质J-C模型和依赖强度耦合J-C模型，讨论了它们的基本动力学性质；然后叙述了双J-C模型的基本理论与性质。最后介绍了本文的工作。
　　 第三章将附加Kerr介质J-C模型推广到附加Kerr介质双J-C模型。研究了该模型的原子纠缠动力学，讨论了Kerr介质非线性相互作用对原子纠缠动力学的影响。结果表明：Kerr介质可以控制原子的纠缠动力学和抑制纠缠的突然死亡。通过加强Kerr介质的非线性相互作用可以得到原子之间的最大纠缠。
　　 第四章将依赖强度耦合J-C模型推广到依赖强度耦合双J-C模型。选择两个光场初始分别处于压缩真空态与相干态，研究了该模型中的纠缠动力学。结果表明：当压缩因子和平均光子数比较小时，两原子间的共存纠缠随时间的演化呈现周期性的死亡和回复，导致纠缠在原子和腔模场之间的完全周期转换。当压缩因子和平均光子数进一步增大时，产生了纠缠突然死亡和纠缠突然复苏的现象。利用这一结果，可以制备周期性的纠缠脉冲，这或许对实现量子信息处理任务有用。
　　 第五章分别研究了具有腔耗散双J-C模型中二能级与Λ型三能级原子的纠缠动力学。讨论了腔模场的衰变系数κ、腔模场的平均光子数｜α｜和原子耦合相对差(Stark位移参数相对差)()对两个二能级(Λ型三能级)原子间纠缠动力学的影响。结果表明：无论是二能级还是Λ型三能级原子，两原子间的纠缠呈现振荡衰减最后到一个稳定值。两原子稳定纠缠态的纠缠度随着衰变系数κ的增加而增加，随着场强的增强而减小；而当系数()→1时，纠缠衰变最慢。