电磁辐射场中量子位的消相干特性研究

摘要

本文通过研究几种模型中量子位的消相干特性,探求通过外加驱动场的方法消除由环境引起的消相干,为实现量子信息的存储和处理提供一定的理论指导.测不准关系是引起量子消相干的原因之一,但测量仪器与量子系统的纠缠才是引起量子信息系统丧失其量子相干性的最根本原因.本文利用消相干的形式理论,建立量子位同时存在跃迁和衰变的模型,利用Kraus算符计算出量子位密度矩阵.量子位密度矩阵非对角元的衰减表明,量子位与环境的相互作用导致量子位相干性减弱,量子位由相干叠加态坍缩到单一纯态.本文重点利用微扰理论和对热库求迹的方法计算非谐相互作用模型、强度耦合模型和计及Stark位移效应的简并双光子J-C模型中量子位的约化密度矩阵非对角元,根据非对角元的衰减分析各模型中量子位的消相干特性,并探求通过外加驱动场消除量子位的消相干,从而使得上述模型中的量子位应用于量子信息系统成为可能.在非谐相互作用模型中,由于相互作用过程不引起量子位两个独立态之间的跃迁,因此消相干特性与量子位的跃迁频率无关,量子位的消相干由热库谐振子频率和平均光子数共同决定.对于强度耦合模型和计及Stark位移效应的简并双光子J-C模型,由于相互作用直接引起量子位独立态之间的跃迁,因此消相干特性还与量子位的跃迁频率有关.强度耦合模型中量子位的消相干特性表现出对耦合强度的依赖性.在计及Stark位移效应的简并双光子J-C模型中,Stark位移对量子位的消相干有很大的影响.本文在研究量子位消相干特性的同时,得到用于消除消相干的外加驱动场的特性方程.研究表明,无论是量子位的消相干特性还是用于消除消相干的外加驱动场,都与量子位和热库之间的相互作用类型、热库谐振子频率以及热库平均光子数有着比较复杂的函数关系.

目录

文摘

英文文摘

引言

第一章基本概念

第一节量子态

第二节量子位

第三节电磁环境—热库

第二章经典相干与量子相干

第一节经典相干

第二节量子相干

第三节经典相干与量子相干的比较

第三章量子位同时存在跃迁和衰变时的消相干

第一节量子消相干

第二节跃迁和衰变并存时量子位的消相干

第三节小结

第四章电磁辐射场中量子位的消相干

第一节基本理论

第二节非谐相互作用模型中量子位的消相干及其消除

第三节强度耦合模型中量子位的消相干及其消除

第四节计及Stark位移的简并双光子模型中量子位的消相干及其消除

第五节小结

第五章总结与展望

第一节总结

第二节展望

参考文献

符号说明表

攻读硕士学位期间已公开发表的论文

致谢