利用纠缠密度研究光子禁带系统的纠缠演化特性

研究了一个二能级原子在光子禁带模型中的原子与热库间及热库模式间的纠缠动力学行为.利用全局纠缠的方法,引出与热库模式相关的纠缠密度.研究发现,当禁带是完美带隙时,会出现稳态原子布居数俘获现象,从而抑制原子的自发辐射效应,防止了信息传输过程中信息的流失.原子与热库模式之间的纠缠密度以及热库模式与模式之间的纠缠密度会随着原子与热库之间耦合强度的增加而增大.当取长时极限时,原子与热库模式之间的纠缠减为零.热库模式与模式之间在强耦合情况下,由于拉比分裂的作用,在两个对称模式间会形成较强的纠缠;在弱耦合情况下,只能在中心频率处形成纠缠.     

与热库耦合的光学腔内三原子间的纠缠动力学

研究了与热库耦合的光学腔中三个相互作用的二能级原子间的纠缠动力学.采用拉普拉斯变换和下限共生等方法,通过数值计算,分析了原子间三体纠缠的演化以及腔场与热库间的两体纠缠演化,讨论了各耦合参数对系统纠缠演化的影响.研究结果表明:原子间纠缠在短时间内随着原子间耦合强度的增加而增加,随原子与腔场耦合强度的增加而减小,在长时极限下趋于一稳定值;体系的非马尔科夫性由原子与腔场的耦合强度以及热库的谱宽度共同决定,当热库与腔场为强耦合时,原子与腔场组成的系统遵循非马尔科夫动力学,此时随着热库谱宽的增加,原子系统由非马尔科夫性变为马尔科夫性,随着谱宽的继续增加,原子与腔场组成的系统遵循马尔科夫动力学,原子系统又表现出非马尔科夫性;调整腔场与热库的失谐可以有效抑制热库耗散对纠缠衰减的影响.     

开放系统中量子比特与环境纠缠特性的研究

研究了由两个二能级原子与一个零温热库所组成的系统的纠缠动力学过程.考虑原子间的偶偶相互作用及原子与热库之间的失谐,对于初始原子间有纠缠与无纠缠两种情况,研究了不同的参数条件对系统纠缠的影响.计算了两原子间、原子与热库之间的对纠缠以及整个系统的三体纠缠,结果表明在两原子初始处于最大纠缠态时,所有的对纠缠最终都趋于零.增大原子间的偶偶相互作用强度,原子与热库之间的纠缠会被减弱,而原子间的纠缠以及系统三体间的纠缠被增强.增大原子与热库之间的失谐量,两原子之间的纠缠会增大,原子与热库以及三体间的纠缠会减弱.     

类克尔介质光腔中原子的纠缠动力学研究

初始处于纠缠的原子与附加类克尔介质的光腔相互作用,运用共生纠缠的度量方法对原子间的纠缠演化动力学进行研究,分析了腔场粒子数、介质非线性效应及原子与腔场的失谐量对纠缠演化的影响,发现处于腔场真空态下原子间的纠缠作周期性震荡演化,而处在腔场粒子数态下的原子在演化过程中发生纠缠突然死亡现象;在非线性克尔介质作用下,处于腔场粒子数较小范围内(n≤5)的原子间也会产生纠缠突然死亡现象;但随着腔场粒子数的增加纠缠突然死亡现象消失而且一定程度上可以达到纠缠初始值;当腔场处于任意粒子数态时,由于非线性效应的影响,均可抑制纠缠突然死亡现象的发生;当腔场在没有类克尔介质作用时,原子与腔场间的失谐量同样可以避免纠缠突然死亡现象的发生.     

系统-环境初始关联对纠缠动力学的影响

研究了存在偶偶相互作用的两个二能级原子与共同单洛伦兹热库相互作用模型下的两体间的纠缠动力学行为。主要考虑了原子系统与环境存在初始关联时,两原子间的偶偶相互作用对纠缠动力学的影响,可以发现:偶偶相互作用一定时,马尔科夫环境下初始关联使原子与热库间的纠缠比原子间的纠缠衰减得慢,非马尔科夫环境下初始关联使原子间的振荡减弱;另外在马尔科夫热库中,随着偶偶相互作用的增强,两原子纠缠可以得到提升,而在非马尔科夫热库中,随着偶偶相互作用的增强,原子间及原子与热库间最终保持较大纠缠值。     

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.     

粒子数场对双原子纠缠演化的影响

考虑初始处于纠缠态的两原子,分别以一定的速率依次通过高Q粒子数场,利用negativity度量纠缠的方法,研究了两原子之间的纠缠演化与原子初态和光场状态的关系,并与两原子同时在腔场时的情况做了比较.发现:当粒子数场为真空场时,两种模型下双原子纠缠度均做周期性演化;当粒子数场为非真空场时,双原子纠缠度都会出现纠缠猝死现象.并进一步研究了该现象随初始纠缠参量θ、粒子数n的变化关系以及与环境(腔场)的纠缠转移问题.     

级联环境下双原子的纠缠动力学

文献Phys.Rev.A 90,042108(2014)提出了一种级联环境模型,即单量子系统与光学腔作用,而腔又级联着一个有结构的零温玻色热库。本文在此基础上,研究两个二能级原子在该级联环境下的纠缠动力学,考察原子与腔场的耦合强度、原子间的偶极-偶极相互作用、热库的谱宽度、腔场与库间的失谐对原子间纠缠以及两原子与腔组成的三体纠缠动力学的影响。结果表明,在一定条件下两原子间的二体纠缠和原子-腔的三体纠缠在长时极限下都趋于稳定值,且随着偶极-偶极相互作用增加而增大,而无论腔场与热库耦合强弱,失谐量的增加都可以抑制纠缠的衰减。     

双J-C模型中两原子的纠缠动力学特征

初始处于类贝尔纠缠态的完全一样的二能级原子A和B分别与空间分离的两处于真空场的腔场a和腔场b发生相互作用,利用双Jaynes-Cummings理论模型进行分析,我们采用部分转置矩阵的负本征值(negativity)的方法研究了两原子间纠缠度随时间演化的动力学特征,通过数值计算和理论分析发现在一定参数范围内原子间出现纠缠猝死现象;通过参数调整能有效缩小纠缠猝死区域,在一定的参数条件下能有效消除两原子间的纠缠猝死现象。     

Kerr介质对粒子数光场中双原子纠缠演化的影响

初始纠缠的双原子中的一个原子与高Q腔中的单模光场发生相互作用,我们分析了在真空场、粒子数场及Kerr介质环境下两原子间的纠缠演化特性,发现在真空条件下两原子的纠缠有规则的作周期性变化;在粒子数场中两原子的纠缠度严重衰减,演化过程中达到最大纠缠的几率大大减少,且在一定时间段内纠缠消失,产生纠缠猝死现象,随着粒子数增加,纠缠猝死区域不断增加,对两原子的纠缠造成极大地破坏;但当系统在Kerr介质环境中发生相互作用时,发现能有效消除粒子数场中产生的纠缠猝死现象,在一定条件下能使两原子间的纠缠度在高值状态窄幅震荡。     

Avoiding the decay of entanglement for coupling two-qubit system interacting with a non-Markov environment

The entanglement evolution of the coupled qubits interacting with a non-Markov environment is investigated in terms of concurrence.The results show that the entanglement of the quantum systems depends not only on the initial state of the system but also on the coupling between the qubit and the environment.For the initial state （|00 ± |11） /2^1/2,the coupled qubits will always been in the maximum entangled state under an asymmetric coupling.For the initial state （|01 ± |10） /2^1/2,in contrast,the entangling degree of the coupled qubits is always equal to unity and does not depend on the evolving time under the symmetric coupling.We find that the stronger the interaction between the qubits is,the better the struggle against the entanglement sudden death is.     

第Ⅰ类多模叠加态|ψ1(3)〉q中广义磁场的高次和压缩

构造了由多模相干态|{Z_j} > _q、多模真空态|{O_j} >_q和多模相干态的相反态|{-Z_j} > _q三者的线性叠加所组成的第Ⅰ类三态叠加多模叠加态光场|ψ₁⁽³⁾ > _q,利用多模压缩态理论,研究了态|ψ₁⁽³⁾ > _q中广义磁场分量的等幂次高次和压缩效应.结果发现:态|ψ₁⁽³⁾ > _q是一种典型的三态叠加多模非经典光场;当各模的初始相位和 满足一定的取值条件、并且态|ψ₁⁽³⁾〉_q中任意两态的态间初始相位差(θ_pq^(R)-θ_0q⁽⁰⁾)、(θ_nq^(R)-θ_0q⁽⁰⁾)和(θ_pq^(R)-θ_nq^(R))等分别在各自的闭区间内连续变化时,则态|ψ₁⁽³⁾ > _q的广义磁场分量(即第一正交相位分量)总可分别呈现出周期性变化的、等幂次的奇数模-偶数次、偶数模-奇数次、偶数模-偶数次或者奇数模-奇数次的高次和压缩效应.     

增加光子对和减少光子对相干态的统计性质

引入增加光子对相干态|ζ,q;m >_a=a^+m|ζ,q >和减少光子对相干态|ζ,q;-m >_b=b^m|ζ,q >,研究了这些态所描写的光场的统计性质。结果显示当在对相干态的a模增加光子时,两模的平均光子数均增加,亚泊松分布性质增强;当在对相干态的b模取走光子时,b模的平均光子数减少,而a模的平均光子数却增加;b模的亚泊松分布性质减弱,而a模的亚泊松分布性质却增强。我们还计算了场模间的相关度和场模的压缩。     

一种新型的两态叠加多模叠加态光场的广义非线性等阶N次方H压缩

本文根据量子力学中的线性叠加原理,构造了由多模(即 q模)相干态的相反态 | {-Z_j}〉_q及多模虚相干态的相反态 | {-iZ_j}〉_q 这两者的线性叠加所组成的一种新型的两态叠加多模叠加态光场 | ψ_msc⁽²⁾〉_q 利用新近建立的多模压缩态理论,详细研究了态 | ψ_msc⁽²⁾〉_q 的广义非线性等阶N次方H压缩特性 结果发现:1)当压缩阶数N与腔模总数q这两者之积为偶数,亦即当q·N =2p且p =2m(m =1,2,3,…,…)时,态 | ψ_msc⁽²⁾〉_q恒处于等阶N-H最小测不准态;2)当q·N =2p且 p =2m′+ 1(m′ =0,1,2,3,…,…)时,如果各模的初始相位之和 、态间的初始相位差(θ_nq^(I)-θ_nq^(R))、各多模相干态光场的总的平均光子数 以及 [(θ_nq^(I)-θ_nq^(R))+ ]等满足一定的量子化条件时,态 | ψ_msc⁽²⁾〉_q 总可呈现出周期性变化的、任意阶的等阶N次方H压缩效应;3)当压缩阶数N与腔模总数 q这两者之积为奇数时,亦即当 q·N =2p + 1时,无论 p =2m(m =0,1,2,3,…,…)还是 p =2m′ + 1(m′ =0,1,2,3,…,…),只要各模初始相位之和 满足一定的量子化条件,则当两态叠加几率幅满足r_nq^(R) =r_nq^(I) 时,态 | ψ_msc⁽²⁾〉_q 就恒处于N-H测不准态     

Controlling on Entangled Decoherence by the Interaction Model Between Qubit and Environment

The entangling evolution of the coupled qubits interacting with non-Markov environment is investigated in terms of concurrence. The results show that the entanglement of quantum systems depends on not only the initial state of system but also the coupling ways between qubit and environment. It shows that: (1) when the system is initially in ( | 00 ?±| 11 ?)/?2( | 00 \rangle\pm| 11 \rangle)/\sqrt{2} state or in the mixed state which is produced by the state, if we can control the coupling between the qubits and the environment in a asymmetrical state, we can make the quantum system always in the entangled state. (2) For an initial state ( | 01 ?±| 10 ?)/?2( | 01 \rangle\pm| 10 \rangle)/\sqrt{2} or in its mixed state, in contrast, there will not be entangled death under the symmetric coupling. We also find that, in ( | 01 ?±| 10?)/?2( | 01 \rangle\pm| 10\rangle)/\sqrt{2} or in its mixed state, the stronger the interaction between qubits is, the better to struggle against entanglement sudden death is.     

Average position in quantum walks with a U（2） coin

We investigated discrete-time quantum walks with an arbitary unitary coin.Here we discover that the average position x=max(x) sin(α+γ),while the initial state is 1/2～(1/2)(|0L+i|0R).We verify the result,and obtain some symmetry properties of quantum walks with a U(2) coin with |0L and |0R as the initial state.     

一种新型的两态叠加多模叠加态光场的广义非线性等阶N次方Y压缩

本文根据量子力学中的线性叠加原理,构造了由多模(即q模)相干态的相反态|{-Z_j}〉_q及多模虚相干态的相反态|{-iZ_j}〉_q这两者的线性叠加所组成的一种新型的两态叠加多模叠加态光场|ψ_msc⁽²⁾〉_q.利用新近建立的多模辐射场的广义非线性等阶高阶压缩理论,研究了态|ψ_msc⁽²⁾〉_q的广义非线性等阶N次方Y压缩特性.结果发现,1)当压缩阶数N=2P且P=2m(m=1,2,3,…,…)时,态|ψ_msc⁽²⁾〉_q恒处于N-Y最小测不准态;2)当N=2P且P=2m’+1(m’=0,1,2,…,…)时,如果各模的初始相位φ_j、态间的初始相位差与各单模相干态光场的平均光子数之和∑_j=1^qR_j²即[(θ_pq^(R)-θ_nq^(I))-∑_j=1^qR_j²]满足一定的量子化条件,态|ψ_msc⁽²⁾〉_q可呈现周期性变化的、任意阶的等阶N次方Y压缩效应;3)当N为奇数时,态|ψ_msc⁽²⁾〉_q在一定条件下恒处于N-Y测不准态;4)态|ψ_msc⁽²⁾〉_q与文献21中的态|ψ⁽²⁾〉_q出现部分压缩简并现象,从而更进一步表明压缩简并现象的存在是有某种客观内在联系的.     

由奇、偶相干态组成的第Ⅱ种四态叠加多模叠加态光场的等阶N次方H压缩特性

利用多模压缩态理论,详细研究了由奇、偶相干态组成的第Ⅱ种四态叠加多模叠加态光场|ψ_o,e⁽⁴⁾Ⅱ>_q的等阶N次方H压缩特性.结果发现:1)当腔模(纵模)总数_q与压缩阶数N之积_qN为偶数时,态|ψ_o,e⁽⁴⁾Ⅱ>_q恒处于等阶N-H最小测不准态;2)当_qN为奇数时,在其它参量的不同组合取定值的条件下,态|ψ_o,e⁽⁴⁾Ⅱ>_q可分别呈现以下几种效应:①某一正交分量呈现等阶N次方H压缩效应,另一正交分量则既不呈现出等阶N次方H压缩效应也不处于等阶N-H最小测不准态;②呈现出"半相干态”效应;③处于等阶N-H最小测不准态;3)经与文献17比较发现本文论及的态|ψ_o,e⁽⁴⁾Ⅱ>_q与态|ψ_o,e⁽⁴⁾Ⅰ>_q之间存在着"压缩简并”现象.     

第Ⅰ种强度不对称三态叠加多模叠加态光场N次方Y压缩—第一正交相位分量的压缩情况

根据量子力学中的线性叠加原理,构造了由三个强度不等的多模相干态光场|{Z_j^(A)}>_q、|{Z_j^(B)}>_q和|{Z_j^(C)}>_q的线性叠加所组成的第Ⅰ种强度不对称三态叠加多模叠加态光场|ψ_l^(ABC)>_q.利用多模压缩态理论,研究了态|ψ_l^(ABC)>_q的第一正交方分量(即磁场分量)的广义非线性等幂次N次方Y压缩特性.结果发现:①在上述各多模相干态光场中各模的强度和各模的初始相位各不相等的情况下,态|ψ_l^(ABC)>_q的第一正交分量-磁场分量在一定的条件下,总可呈现出周期性变化的、任意等幂次的N次方Y压缩效应;②当上述各多模相干态光场的强度和各模的初始相位相等时,态|ψ_l^(ABC)>_q的磁场分量的N次方Y压缩现象消失,态|ψ_l^(ABC)>_q可恒处于等幂次N-Y最小测不准态.     

Phase Space Analysis of the Two-mode Binomial State Produced by Quantum Entanglement in a Beamsplitter

Phase space analysis of quantum states is a newly developed topic in quantum optics. In this work we present Wigner phase space distributions for the two-mode binomial state produced by quantum entanglement between a vacuum state and a number state in a beamsplitter. By using two new binomial formulas involving two-variable Hermite polynomials and the so-called entangled Wigner operator, we find that the analytical Wigner function for the binomial state |ξ〉_q ≡ D(ξ) |q, 0〉 is related to a Laguerre polynomial, i.e.,

$ W\left (\sigma _{,}\gamma \right ) =\frac {(-1)^{q}e^{-\left \vert \gamma \right \vert ^{2}-\left \vert \sigma \right \vert ^{2}}}{\pi ^{2}}L_{q}\left (\left \vert \frac {-\varsigma (\sigma -\gamma )+\sigma ^{\ast }+\gamma ^{\ast }} {\sqrt {1+|\varsigma |^{2}}}\right \vert ^{2}\right ) $

and its marginal distributions are proportional to the module-square of a single-variable Hermite polynomial. Also, the numerical results show that the larger number sum q of two modes lead to the stronger interference effect and the nonclassicality of the states |ξ〉_q is stronger for odd q than for even q.