耗散系统中纠缠态的制备、控制与非局域性

摘要

耗散系统中纠缠态的制备、控制与非局域性量子纠缠是量子计算与量子信息处理的重要物理资源，量子纠缠态的制备、保持与操纵是实现量子计算与量子信息处理的关键问题。但是在通常情况下，实际的量子系统将不可避免地受到周围环境的影响，破坏纠缠态的形成。近年来，耗散系统中纠缠态的制备、控制与非局域性是一个前沿热点问题。本文利用主方程方法研究一些典型的耗散系统中纠缠态的制备、控制与非局域性问题，得到一系列有意义的结果。 第一章到第二章:阐述了耗散系统中主方程方法、量子纠缠、量子控制和量子非局域性的基本理论。具体给出了主方程的导出、求解方法以及集合原子系统的主方程；给出了量子纠缠的分类、量度方法以及纠缠操纵的物理手段；阐述了量子控制的主要研究内容、量子控制的策略与算法选择等；给出了量子非局域性的含义、判据和度量方法。 第三章:研究自发辐射耗散过程中由激光场驱动的两个二能级原子的纠缠。结果显示，纠缠呈现长时间的振荡行为，峰值上的纠缠度较高。并且，峰值和振荡的周期与激光场的拉比频率有关。 第四章:利用纠缠张量方法研究三个二能级原子系统中由自发辐射诱导的三体纠缠．结果显示，纠缠量的改变强烈地依赖于系统初态和原子的种类。三体纠缠是两体纠缠相干迭加的结果．两体纠缠越大，三体纠缠越大。另一方面，如果三个两体纠缠量之间有很小的差别，则三体纠缠很大。同时发现，通过调节原子的频率差，非全同原子的两体纠缠最大值大于全同原子的两体纠缠最大值。 第五章:研究自发辐射耗散过程中由激光场驱动的空间分离的两二能级原子的稳态纠缠。结果显示，纠缠强烈地依赖于激光频率与原子跃迁频率之间的失谐、原子的距离和激光场的拉比频率．当原子距离较小、激光场的拉比频率较大时，在△=-α(即偶极-偶极相互作用与失谐相互抵消)附近可得到较大的稳态纠缠。 第六章:研究与热库耦合的空间分离的两原子的纠缠．具体考察系统初态、原子的频率差和热场平均光子数等参量对纠缠性质的影响。结果显示，非全同原子的纠缠最大值大于全同原子的纠缠最大值。随着热噪音的增加，原子的纠缠度逐渐降低．有趣的是，即使每一原子最初制备在最大的混合态也很容易产生纠缠。 第七章:研究与普通热环境相互作用的两比特的纠缠和纠缠态的非局域性。结果显示，两比特的纠缠和非局域性强烈地依赖于系统的初态．当两比特初始处于非相干态，两比特的集合衰减能够导致稳态纠缠。当两比特初始处于相干态，普通的热库能够增大两比特的纠缠。值得一提的是，在各种物理系统比如囚禁离子、量子点和Josephson结，通过改变相对相位和极化振幅可以操纵和控制两比特的纠缠和非局域性． 第八章:对全文进行了总结与展望。

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英文文摘

声明

第一章主方程方法

§1.1密度距阵的演化-主方程的导出

§1.2主方程的求解

§1.3集合原子系统的主方程

第二章量子纠缠、量子控制及量子非局域性的基本理论

§2.1量子纠缠的基本理论

§2.2量子控制

§2.3量子非局域性的基本理论

第三章耗散过程中外场驱动的两二能级原子的纠缠动力学

§3.1引言

§3.2集合的二原子系统

§3.3二原子系统中的纠缠

§3.4小结

第四章由自发辐射诱导的三原子纠缠

§4.1引言

§4.2集合的三原子系统

§4.3三粒子系统的纠缠量

§4.4三原子系统中的纠缠

§4.5小结

第五章由激光场驱动的两二能级原子的稳态纠缠

§5.1引言

§5.2主方程

§5.3二原子之间的稳态纠缠

§5.4小结

第六章与热库耦合的空间分离的两原子纠缠

§6.1引言

§6.2主方程

§6.3二原子之间的纠缠

§6.4小结

第七章相干控制下与热库相互作用的两比特的纠缠和非局域性

§7.1引言

§7.2主方程和两比特之间的纠缠

§7.3两比特的贝尔违背

§7.4小结

第八章总结与展望

参考文献

攻读博士期间发表的学术论文目录

致谢