光机械耦合系统中连续变量纠缠的产生

摘要

随着量子光学和量子信息理论的发展，量子纠缠相关方面的理论和实验研究已经成为量子信息和量子计算领域中一个非常流行的课题并且在相关研究方面受到广泛关注。量子传输、量子计算以及量子态身份认证等过程都是以量子纠缠为基础的。纠缠分为分离变量纠缠和连续变量纠缠。大部分现代量子技术都依赖于连续变量纠缠，因为连续变量纠缠在量子通信中比特速率更快，有利于量子信息处理过程中进行高效和精密地操作。目前，腔光机械系统中产生连续变量纠缠引起了人们广泛的关注，这是因为腔光机械系统中的宏观纠缠能证明介观甚至是宏观系统中存在纠缠。人们先后在法布里帕罗腔光机械系统、环形腔光机械系统以及薄膜腔光机械系统中研究了腔与振子、振子与振子以及腔与腔之间的两体纠缠甚至多体纠缠。然而，由于周围环境所引起的相消干等影响，在光机耦合系统中制备纠缠过程中难免会受到热噪声影响进而使纠缠衰减。所以，如何提高在腔光机耦合系统中的连续变量纠缠十分重要。本文通过两种方法来提高纠缠：分别是引入量子反馈和加入二能级原子来提高腔光机系统中腔与振子之间的纠缠。研究结果表明，采用上述两种方法，连续变量纠缠均能得到明显提高。
　　本文共分为四个部分，第一部分介绍连续变量纠缠的发展背景及应用。第二部分介绍了相关的理论基础和研究工具。第三部分阐述了在法布里腔光机系统模型中通过引入量子反馈提高腔与振子之间的纠缠。分别讨论了引入零差调节反馈后振子与腔在真空态和相干态的两体连续变量纠缠，分析并解决了有反馈时腔与振子的主方程。利用Matlab进行理论模拟发现，引入马尔可夫量子反馈能有效提高纠缠。第四部分在薄膜腔光机系统中利用加二能级原子证明振子与振子之间的纠缠能被提高，并且带有二能级原子的二次耦合系统能产生腔-动镜-原子之间的三体纠缠。光子的辐射压使得腔与动镜相互耦合，而原子的加入增强了它们之间的耦合。通过利用朗之万方程以及相应的数值模拟，结果表明原子的引入使得振子与腔之间的纠缠值有所提高，并且系统在环境温度达到30K时仍然能产生纠缠，同时发现在共振情况下（△=ωm）纠缠达到最大值。我们利用三体纠缠的著名van Lock-Furusawa（VLF）不等式条件判断系统中是否存在稳态三体宏观纠缠，结果发现此三体系统满足不等式条件即存在真正的动镜-腔-原子介质之间的三体连续变量纠缠。

目录

声明

1引 言

1.1量子信息简介

1.2量子纠缠的发展历程

1.3连续变量纠缠理论

1.4腔光机械系统

1.5本文研究内容和意义

2.1量子力学中的绘景

2.2原子与光场相互作用的基本理论

2.3量子朗之万方程

2.4量子主方程

3量子反馈对纠缠的影响

3.1模型和方法

3.2纠缠的算法

3.3数值模拟

3.4本章小结

4在量子耦合光机系统中加入二能级原子产生稳态纠缠

4.1模型和方程

4.2纠缠算法

4.3数值模拟

4.4本章小结

总结与展望

参考文献

在学研究成果

致谢