双原子系统中的量子关联研究

摘要

在量子信息与量子计算领域中，量子纠缠是实现许多量子任务的一种重要的物理资源。随着研究的进展，人们发现没有量子纠缠的量子关联也能被用来实现许多经典资源无法完成的量子任务，因此量子关联是更具一般性的量子资源，量子纠缠只是其中特殊的一类，即表征系统的非局域量子性关联。本文将就双原子系统中量子关联动力学的问题进行研究，主要内容有:
　　 探讨一个由单个孤立原子同一个处于理想光腔中的原子组成的双原子系统，在分别考虑原子的偶极-偶极相互作用，单模腔的非线性效应以及腔中原子受经典外场驱动的情况下，研究这些相互作用和系统初态对两原子之间量子失协的影响。结果表明，在系统中存在单模腔的非线性效应或腔中原子受到经典外场驱动时，原子间的量子失协动力学与初态选取为关联自旋Bell态还是反关联自旋Bell态无关，而当考虑系统中存在原子的偶极-偶极相互作用时，原子间的量子失协会在不同类型的初态下表现出不同的动力学演化特征。同时，我们还对初始量子失协在各项相互作用影响下的保持机制进行了分析，并在文中给出相应系统参数所需要满足的条件。
　　 考虑腔的耗散效应，分别对孤立原子和处于耗散腔中的原子之间的量子失协，以及同时处于耗散腔中的两原子之间的量子失协两个模型进行研究，探讨系统的初态以及环境效应对量子失协动力学的影响，并将量子失协和量子纠缠的动力学演化行为作对比分析。研究表明，对于孤立原子同耗散腔中的原子组成的双原子系统，原子间的纠缠或量子失协与初态选取关联自旋Bell态还是反关联自旋Bell态无关。而对于耗散腔中两原子组成的双原子系统，原子间的纠缠或量子失协与初态选取有关，在两类初态下表现出不同的演化特性。当系统原子的初态为反关联自旋Bell态时，系统纠缠或量子失协随着时间的变化会趋于一个稳定值，其大小与系统的初始纠缠度有关，初始纠缠度越小，稳定值越大。当系统原子的初态为关联自旋Bell态时，发现量子失协和纠缠动力学演化特性的异同与初态纠缠度有关;当初始纠缠度α在π/4到3π/4之间时，量子纠缠有“突然死亡”现象存在，而量子失协不会出现死亡现象，但在演化过程有突变行为存在;当初始纠缠度在其它范围内，量子失协与量子纠缠表现出相似的衰减行为。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 量子比特

1．2 量子失协

1．3 量子纠缠

1．3．1 纠缠共生度

1．3．2 纠缠负值度

第二章 J-C原子与孤立原子之间的量子失协动力学特征

2．1 引言

2．2 耦合双原子系统的量子失协动力学

2．3 非线性腔中的原子与孤立原子之间的量子关联动力学

2．4 腔中原子在强经典驱动场下与孤立原子之间的量子关联动力学

2．5 本章小结

第三章 耗散环境中双原子系统的量子关联动力学

3．1 引言

3．2 孤立原子同耗散腔中的原子之间的量子关联动力学

3．2．1 模型和理论

3．2．2 量子失协和纠缠的动力学分析

3．3 同时处于耗散腔中的两个原子之间的量子关联动力学

3．3．1 系统原子的初态为反关联自旋Bell态

3．3．2 系统原子的初态为关联自旋Bell态

3．4 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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