通过设计量子库来调控量子比特间的Bell非定域性研究

量子系统间的Bell非定域性是一种比量子纠缠更为严格的量子关联,它在刻画多体量子关联有着不可或缺的作用.类似于量子纠缠,在开放两量子比特和三量子比特系统中的Bell非定域性可能会出现猝死现象.本文建议了一个可供选择的方案即在热库环境中通过增加辅助粒子来调控两量子比特和三量子比特间的Bell非定域性动力学.研究发现：通过调节辅助粒子数目,不仅两量子比特和三量子比特系统的Bell非定域性可以避免猝死现象的发生,而且在长时间极限下它能维持在一个较高水平.论文得到的结果将对多体量子系统间量子关联的调控和避免猝死现象等相关研究有积极的指导意义.     

三比特类GHZ态的Bell型不等式和非定域性

研究了一般形式类GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)态的共生纠缠度及非定域性, 给出了类GHZ纠缠态的共生纠缠、Mermin不等式和Svetlichny不等式的解析表达式, 并通过数值计算讨论纠缠与非定域性之间的关系. 结果表明, 类GHZ纠缠态的共生纠缠和两个Bell型不等式描述的非定域性是一致的, Bell算符及其参量, 能够明显展示量子态的非定域特性. 关键词： 量子信息 类GHZ态 共生纠缠 Bell型不等式     

两量子比特与单模光场耦合系统的精确解

对非旋波近似下两量子比特与单模光场耦合系统进行了求解.在定态问题中精确计算了系统能谱与耦合强度g的关系,通过解析求解可以发现,系统能谱中总有一条能级始终为常数与耦合强度g无关.在动力学问题中,研究了初始时刻纠缠在Bell态的两个原子与单模真空态腔场耦合时量子纠缠的演化问题,讨论了纠缠的突然死亡现象.结果表明:量子纠缠的演化具有周期性,随着耦合强度g逐渐增大,纠缠周期T随之减小,第一次出现纠缠突然死亡的时间不断缩短;在耦合强度较小时,随着原子间偶极相互作用参数η的增大纠缠演化周期逐渐增加,并且不会出现纠缠突然死亡.     

腔场QED与量子点系统激子纠缠态的制备及消纠缠研究

利用量子点与单模腔场共振相互作用模型提出了激子Bell类和W类纠缠态的制备方案.借助于超算符方法和态的保真度考察了所制备的激子纠缠态的消相干特性,结果表明:激子Bell类和W态的纠缠特性非常脆弱,在极短的时间里演变为消纠缠态.基于腔场与两量子点共振相互作用模型设计了一个量子交换门.     

两量子比特与谐振子相耦合系统中的量子纠缠演化特性

在非旋波近似下, 利用相干态正交化展开方法, 对两量子比特与谐振子相耦合系统中的量子纠缠演化特性进行了精确计算. 讨论了在共振时, 两量子比特和谐振子耦合系统基态的性质以及量子比特和谐振子之间的纠缠与量子比特-量子比特间的纠缠的不同. 结果表明: 当不考虑外场时, 量子比特-量子比特间的纠缠随着耦合强度的增大从1迅速地减小到零, 表明了量子比特-量子比特间的纠缠对耦合强度是非常敏感的; 而量子比特和谐振子之间的纠缠随着耦合强度的增大从零迅速地增大, 但不能达到理论上的最大值2; 当初始时刻两量子比特没有纠缠时, 在弱耦合强度下, 真空场不能导致纠缠的产生; 而强的耦合非旋波效应则可以导致纠缠的突然产生现象. 关键词： 相干态正交化展开 非旋波近似 量子纠缠     

量子相变与量子纠缠

作为量子体系一种内在的非局域性关联,量子纠缠已经成为一个可利用的重要资源并广泛应用于许多领域.强关联体系中的量子相变,作为凝聚态理论中的一个重要现象,也一直是人们研究的热点.本文介绍了量子纠缠的定义,纠缠的判据,以及纠缠的度量.接着,通过一个具体模型对如何利用量子纠缠描述量子相变进行讨论和分析.研究发现,在强关联体系量子相变中量子纠缠扮演着非常重要的角色.     

通过Raman相互作用隐形传送未知多原子纠缠态

基于多粒子纠缠态在证明量子非定域性和量子信息处理方面的重要应用,提出一种方案隐形传送未知原子纠缠态.方案基于Λ型三能级原子与单模腔场的简并Raman相互作用.首先让n个原子相继通过一个相干腔场来制备量子通道.然后发送者让携带未知纠缠态的另n个原子相继通过相干腔场并通过对原子与腔场的探测作联合测量.当｜α｜1时,可以用探测正交态的方法探测腔场.最后接收者根据由经典通道得到的联合测量结果重构初始态.方案的特点是用一个相干态与多个原子的纠缠态作为量子通道,简单易行.该方案有望在证明量子非定域性和量子信息过程中有重要的应用价值.     

退相干条件下两比特纠缠态的量子非局域关联检验

量子纠缠态的量子非局域关联特性在当前量子信息和量子计算协议中起着重要的作用.然而,任何实际的物理系统都不可避免地与周围环境相互作用,使得在量子信道中的传输过程中,量子态会发生相干性退化,进而弱化量子态的量子非局域关联特性.本文利用一种基于Hardy-type佯谬的高概率量子非局域关联检验方案,分别研究了两比特偏振纠缠态在经过振幅阻尼信道(ADC)、相位阻尼信道(PDC)和退极化阻尼信道(DC)后的量子非局域关联检验情况.研究结果表明,DC传输信道对量子态的量子非局域关联检验特性影响较大,而PDC传输信道对量子态的量子非局域关联检验特性影响较小.最后,本文还给出了利用弱测量结合弱测量反转操作克服ADC退相干时,偏振纠缠态成功进行量子非局域关联检验的条件.结果表明,当弱测量的强度增大时,可有效地降低ADC退相干效应对偏振纠缠态成功进行量子非局域关联检验造成的影响.     

原子与耦合腔相互作用系统中的量子失协

本文研究由两个全同的二能级原子和耦合腔构成的系统,利用Dakic等提出的几何量子失协的度量方法,采用数值计算方法计算了系统中两原子间和两腔场间量子失协的演化.讨论了原子间初始纠缠度和腔场间耦合系数变化对几何量子失协演化的影响.研究发现:随腔场间耦合系数的增大,量子失协周期性演化的频率增大;随原子间初始纠缠度的增大,两原子间的关联增强,两腔场间的关联减弱.     

单Tavis-Cummings模型中量子关联动力学演化特性及其在量子通信中的应用

本文研究了单Tavis-Cummings模型中两个全同二能级原子与单模光腔发生相互作用时两个原子之间的各种量子关联演化特性,并讨论了该模型中稠密编码和隐形传态的实现。讨论初始态纯度、纠缠度、腔内光子数和腔与原子之间的耦合常数对量子纠缠、量子失协和几何量子失协动力学演化特性的影响并分析出实现稠密编码和量子隐形传态所需最佳参数。结果表明:初始态纯度r和初始纠缠度a对以上三种量子关联有积极作用;随着腔与原子之间的耦合常数g和腔内光子数n的增大,量子关联振荡频率加快,同时量子纠缠死亡时间缩短,而此时量子失协、几何量子失协则仍保持非零。这表明量子失协、几何量子失协相比纠缠更具有优越性。     

多环境影响下的量子导引动力学

本文基于与各自的两层环境相互作用的两量子比特系统,详细考察了强、弱耦合体系下第二层环境的腔个数N和两层环境间的耦合系数κ对量子导引动力学的影响,研究发现:随着N和κ的增加,量子导引不仅可以出现振荡现象,而且存活时间和量值都能得到一定程度地提高。为了抑制环境退相干,我们还讨论了量子弱测量和测量反转操作对量子导引动力学的调制作用,结果表明弱测量方法可以有效地保护量子导引。     

级联环境中两比特纠缠态的量子非局域关联检验研究

量子纠缠态经级联环境中演化的量子非局域关联检验研究具有重要的现实意义。基于Hardy-type佯谬检验方案，本文分别以两比特量子纯态和混合态为研究对象，研究了其在级联环境中演化后的量子非局域关联检验情况。分析了纠缠态和腔的耦合强度、腔和库的耦合强度比值κ/γ以及马尔科夫环境和非马尔科夫环境对量子非局域关联检验的影响情况。结果表明，在马尔科夫环境中，且κ/γ越小，成功进行量子非局域关联检验的演化时间越长。进一步给出了量子混合态能够成功进行量子非局域关联检验的混合度参数m的范围，并给出了量子混合态经级联环境演化后，可成功进行量子非局域关联检验的演化时间范围。     

用W态实现量子隐形传态的腔QED方案

本文提出一个用类W态作为纠缠通道,采用不同于文献[19]的测量基来实现量子隐形传态的腔QED方案.在这个方案里,只需要利用原子和腔场通过J-C哈密顿量发生共振相互作用,一步就可制备纠缠通道.另外,通过原子与腔场的失谐作用,利用Bell态测量,可实现概率为100%的量子隐形传态.在目前的腔QED技术条件下,该方案是可以实现的.     

纠缠薛定谔猫态的非局域性及其在热库中的演化

利用Bell-CHSH(Clauser-Horne-Shimony-Holt）不等式研究了两种纠缠的光学薛定猫态的量子非定域性及其在真空热库中的演化。计算表明，最大纠缠的薛定谔猫态具有最大非定域性。在真空热库中随着时间的演化，两种纠缠态的量子非定域性逐渐减弱直至消失。     

基于光纤连接的耦合腔量子电动力学系统中三体纠缠动力学

考虑腔场初始处于弱相干场的情况,采用三体纠缠的张量计算法来度量三原子间的纠缠,研究了基于光纤连接的耦合腔量子电动力学系统中原子间三体纠缠动力学。通过数值计算讨论了腔-光纤耦合强度变化,以及弱相干场强度变化对原子间三体纠缠特性的影响。研究结果表明:随腔模和光纤模间耦合系数增大,原子间三体纠缠减弱。另一方面,随弱相干场强度增大,原子间的三体纠缠增强。     

运动双原子与光场依赖强度耦合系统中的纠缠操纵与量子态制备

将Tavis-Cummings模型推广到同时考虑原子运动及与光场依赖强度耦合的情况.运用原子约化熵和Concurrence操纵了该系统在真空场、弱相干场和强相干场条件下,双原子-场之间以及双原子之间纠缠演化特性.以此为依据,选择双原子与场相互作用时间、选取双原子纠缠因子、调节场模结构参数,控制系统纯态概率幅和选择测量,制备了双原子-场W类态、双原子Bell态、Bell态原子保真态、光场的单光子态、双光子态及稳定的数态.实现了双原子Bell态突然产生及有限时间内的保持、Bell态原子周期量子回声的形成及其信息(态)持续保真.结果表明,该系统具有强大的量子信息功能,为量子信息处理的实验实现提供了物理载体和理论参数.     

连续变量量子离物传态的实验研究

利用单个Ⅱ类相位匹配OPA产生的双模压缩态实现连续变量压缩纠缠态，完成了连续变量量 子离物传态. Ⅱ类相位匹配OPA参量反放大过程可以实现正交振幅反关联、正交位相关联的 压缩纠缠态，这不同于一般运转于阈值以下的OPO产生的正交振幅关联、正交位相反关联的 压缩纠缠态，可以采用直接平衡测量的方法完成Bell态测量. 利用双KTP补偿非线性过程的 离散效应，获得了最大压缩大于2dB的双模压缩纠缠态，实现保真度06，考虑到探测效率 实际保真度为057. 这种方案简化了测量方法与纠缠光源产生装置，有利于进行量子通信 的实验研究与应用. 同时，讨论了探测过程中的一些非理想因素. 关键词： 量子离物传态 压缩纠缠态 Bell态测量     

弱相干场原子-腔-光纤系统中的量子失协

采用几何量子失协度量两个子系统间的关联,利用数值计算方法研究了原子-腔-光纤复合系统中两个原子之间和两个腔场之间的几何量子失协.讨论了腔场与光纤模间的耦合系数和弱相干场强度变化对几何量子失协的影响.研究结果表明:两原子之间和两腔场之间的几何量子失协均随时间作周期性演化,其演化频率随腔场与光纤模间的耦合系数增大而增大.另一方面,随弱相干场强度增大,两原子间和两腔场间的几何量子失协增大.这表明随弱相干场强度增大两原子间或两腔场间的关联增强.     

三量子比特Dicke模型中的两体和三体纠缠动力学

本文利用绝热近似方法和精确对角化方法研究三量子比特Dicke模型中的纠缠动力学.处于两种典型的纠缠态GHZ态和W态上的量子比特在时间演化过程中与辐射光场发生强耦合作用,在各种子系统间产生纠缠,通过分析这些纠缠的演化特性发现初始GHZ态的三体纠缠鲁棒性比W态强,这与旋波近似结论一致.与旋波近似下结果不同的是,两种态中任意一对量子比特间的纠缠都随时间演化到几乎为零,而三体纠缠随时间周期演化,且纠缠程度相对较强,说明系统中的强耦合作用通过抑制量子比特中的对纠缠来支持三体纠缠.     

基于量子相干性的四体贝尔不等式构建

贝尔不等式在定域性和实在性的双重假设下,对于被分隔的粒子同时被测量时其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制,违反贝尔不等式确保量子态存在纠缠.本文利用量子相干性的l1和相对熵测度构建了四体量子贝尔不等式,发现一般实系数Greenberger-Horne-Zeilinger纯态和簇纯态总是违反四体相对熵相干性测度贝尔不等式,因此违反四体相对熵相干性测度贝尔不等式的这些态是纠缠态.