Környezetükkel kölcsönható kvantumrendszerek: Dekoherencia és a kvantumos összefonódottság eltűnése = Open quantum systems: environment induced decoherence and entanglement degradation

摘要

A kutatás olyan fizikai rendszerek vizsgálatára irányult, amelyekben a különböző szabadsági fokok közötti kvantumos összefonódottság kitüntetett szerepet játszik. Megmutattuk, hogy kétállapotú atomok dipól-csatolt láncában közeli atomok estében ezek a fajta kvantumos korrelációk a környezet hatásai ellenére növekedhetnek is. A téma igen közel esik a kvantumos információfeldolgozás gyakorlati megvalósításának a problémájához, ezzel kapcsolatos az az eredményünk, hogy síkbeli félvezető gyűrűk segítségével alapvető kvantumos kapuk realizálhatók, illetve két kimenet esetén a rendszer a Stern-Gerlach berendezés megfelelőjeként alkalmas polarizált elektronok preparálására. Szintén a spin szabadsági fok határozza meg a nagy eredő spinnel rendelkező molekulák (nanomágnesek) viselkedését is. Ezzel a rendszerrel kapcsolatban megmutattuk, hogy a kísérletekben észlelt THz tartományba eső sugárzás kibocsátási mechanizmusa a mézerek működéséhez hasonló. Emellett kiszámítottuk, hogy a kristályrács fononjai, mint a spin rendszer környezete, hogyan befolyásolják a hiszterézisgörbék lefutását. | The aim of the research was the investigation of the role of quantum mechanical entanglement in physical systems with several degrees of freedom. It has been shown that in a chain of dipole-coupled atoms, when the interatomic separation is small enough, spontaneous entanglement formation appears, despite the destructive effects of the environment. As a possible application, we demonstrated that mesoscopic rings made of semiconductor material can realize basic one-qubit logical gates. Considering molecular nanomagnets, where again the spin degree of freedom plays an important role, it was shown that the physical mechanism being responsible for the experimentally observed THz radiation is a maser effect. Furthermore, our calculations show that the influence of the phonon environment decreases the steps seen in the hysteresis curves.