单-双模组合压缩热态的纠缠性质及在量子隐形传态中的应用

基于单-双模组合压缩真空态一定范围内能够获得压缩增强的效果,引入单-双模组合压缩热态(DSMST),讨论其纠缠性质.利用Weyl编序算符在相似变换下的不变性,简洁方便地导出了DSMST的纠缠度-负对数值,并给出了当热效应存在时保持纠缠的条件.研究表明:与通常的双模压缩态相比,随着参数的增加,DSMST的纠缠度增加.作为DSMST的应用,利用其实现相干态的量子隐形传输.结果表明:不同于纠缠度随压缩参数增加,保真度获得改善是有条件的,该条件恰好就是一正交分量涨落出现压缩增强的参数区域.此外,解析推导了有效隐形传输保真度(1/2)的条件.     

量子相空间分布函数与压缩相干态表示间的变换关系

基于Husimi算符具有压缩相干态投影子形式, 首先介绍了一个新的量子算符表示, 即压缩相干态表示.当高斯展宽参数κ = 1时, 该函数约化为通常的P函数. 作为例子, 研究了热态的压缩相干态表示, 通过图示说明了压缩相干态表示与P函数的区别. 为更好地在量子光学问题中使用该表示, 我们揭示了压缩相干态表示与Wigner函数、Q函数以及Husimi函数间的积分变换关系.     

量子隐形传态看作量子信道

非理想的纠缠资源和非标准的量子隐形传态操作导致非理想的量子态传输.本文从Nielsen-Caves理论出发,导出了非理想的量子隐形传态过程对应的量子信道的明显表达式.这给我们提供了对量子隐形传态的新认识,即量子隐形传态过程可等效地看作量子态依次通过三个量子信道的过程,这三个信道分别对应于发送者的测量、纠缠态和接收者的操作.特别地,我们建立了纠缠态与量子信道之间的一一对应关系,即一个纠缠态对应于这样一个量子信道,如果把描述该量子信道的Kraus算符用Pauli算符展开,则得到的参数矩阵就是该纠缠态的密度算符在Bell基下的矩阵.我们还导出了量子隐形传态保真度的明显表达式.我们的结果解析地揭示了输出态和保真度对纠缠资源和量子隐形传态操作的依赖关系.     

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.     

光束分离器算符的分解特性与纠缠功能

光束分离器是量子光学中的基本线性器件之一, 它在量子纠缠态的制备与测量上起着重要作用. 基于光束分离器(BS)对算符的矩阵变换关系, 本文导出了BS算符在若干表象中的自然表示. 利用这个自然表示(而非SU(2)李代数关系)及有序算符内的积分技术, 可直接导出BS算符的正规乘积、紧指数表示及多种分解形式. 此外, 可直接导出一种纠缠态表象及其Schmidt分解. 这对于讨论连续变量量子隐形传输是十分方便的. 关键词： 光束分离器算符 纠缠态表象 有序算符内的积分技术 Schmidt分解     

利用信息流方法优化多激发自旋链中的量子态传输

研究了量子态在一条均匀耦合的反铁磁自旋链中传输时, 信道中自旋激发数变化对其传输性质的影响. 利用信息流方法分析输出端粒子的算符演化动力学, 获得了量子态传输的平均保真度与信道自旋初态之间的关系. 结果表明, 平均保真度的大小只依赖于信道中自旋激发数的奇偶性. 通过比较在奇偶激发信道中获得的最大平均保真度, 构建了优化信道来提升量子态在自旋链中的传输质量. 进一步分析了纠缠在激发信道中的传输情况, 发现纠缠的传输质量不仅和信道中自旋激发的具体个数有关, 还取决于激发自旋的初始排列. 特别地, 当信道中自旋无激发或全部激发时, 纠缠传输的大小和持续时间都优于其他的激发信道. 上述研究结果有助于在实际系统中搭建适合量子态和纠缠传输的量子信道.     

利用IWOP技术构建量子力学新表象

基于对坐标表象、动量表象及相干态表象完备性关系式的正规乘积内纯高斯积分形式的分析,阐述了利用有序算符内的积分技术构建量子力学新表象的思路和方法,并具体以单模坐标-动量中介表象、双模纠缠态表象和双模相干纠缠态表象的构建为例进行了论述.     

基于EPR导引的连续变量安全量子克隆

利用量子信道和经典信道相结合的方法,采用部分脱体传输设计了连续变量1→2量子克隆方案,在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明：双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模Clone 1,取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引,但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于■。在输出模Clone 1的最优增益下,观察了输出模Clone 1和输出模Clone 2的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化,发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度,且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。     

耗散腔中两二能级原子态的量子信息保真度

在能量耗散腔中,原子用泡利算符描述,光场用相干态描述,运用密度矩阵理论,得到了两二能级原子密度矩阵元的演化规律,针对不同的初态,分析与单模辐射场作用过程中原子态的量子信息保真度.结果表明:当两原子初始处于不同的量子态时,量子信息在传输过程中可能不失真或部分失真,也可能出现周期性演化;在输出态和输入态具有相同的纠缠度时,量子信息可能不失真,也可能完全失真.     

耗散腔中两二能级原子态的量子信息保真度

在能量耗散腔中,原子用泡利算符描述,光场用相干态描述,运用密度矩阵理论,得到了两二能级原子密度矩阵元的演化规律,针对不同的初态,分析与单模辐射场作用过程中原子态的量子信息保真度.结果表明:当两原子初始处于不同的量子态时,量子信息在传输过程中可能不失真或部分失真,也可能出现周期性演化;在输出态和输入态具有相同的纠缠度时,量子信息可能不失真,也可能完全失真.     

从混合态构造相应的系统-热库纠缠纯态的新方法

在量子统计学和低温物理学中,常用密度算符(或混合态)来表示物理系综.本文旨在提出一个新方法能将混合态转化为系统与热库相纠缠的量子纯态,这样做不但可以彰显环境对系统的影响,探寻新的物理态,尤其是纠缠态,而且能将求系综平均的复杂计算转化为较为简洁的求纯态平均.我们的新方法是将相干态和有序算符内的积分理论结合起来,就可直接将混合态扩充为自由度加倍的纯态.     

噪声环境中两粒子纠缠态的纠缠消相干

借助于共生纠缠度和输入输出保真度考察了初始处于纠缠态的两粒子在联合噪声环境中的消纠缠特性.结果表明:两粒子纠缠态可分为相干保持态和脆弱纠缠态.对于脆弱纠缠态分析了它们在低温条件欧姆型耗散下的纠缠消相干演化动力学. 关键词： 热库 相干保持态 脆弱纠缠态 输入输出保真度     

振幅阻尼信道量子隐形传态保真度恢复机理

在振幅阻尼信道上进行量子隐形传态的过程中, 量子Bell纠缠态将发生退相干, 导致隐形传态质量下降甚至通信失败. 为克服该影响, 本文提出了一种Bell纠缠态补偿方法. 在估计振幅阻尼信道参数的基础上, 将对纠缠态的补偿分为纠缠退相干发生之前的预补偿以及 经历量子振幅阻尼信道之后的匹配补偿两部分. 前者在纠缠源处进行, 后者在两个量子通信 用户处进行, 预补偿及匹配补偿参数与信道特性参数相关. 纠缠补偿完成后, 再进行隐形传态. 理论推导与性能分析结果表明, 相比于不进行纠缠补偿及仅在发生退相干之后进行的纠缠补偿, 本方法能够获得更高的隐形传态保真度, 适当调整补偿参数, 可使保真度接近于1, 对克服纠缠 退相干带来的隐形传态质量下降问题具有一定的意义.     

退相位环境下Werner态在石墨烯基量子通道中的隐形传输

基于有效低能理论,研究了退相位环境下Werner态在石墨烯基量子通道中的隐形传输.结果表明,输出态纠缠度总是随着输入态纠缠度的增大而增大,而相应的保真度却正好相反;对于给定的输入态,量子通道中的纠缠越大,输出态的品质就越高.对于石墨烯基量子通道,低温和弱库仑排斥势可以减缓其纠缠资源在退相位环境中的衰减,且温度低于40 K,电子间库仑排斥势小于6 eV时,输出态的平均保真度可以达到80%以上.这就说明石墨烯材料在量子信息领域中具有潜在的应用价值.     

相位扩散通道中密度算符相关态的时间演化

利用热纠缠态的性质,对具有代表性的相位扩散主方程进行求解,得到关于密度算符的算符和表示形式,分析不同初始态下的密度算符的时间演化结果,发现在相位扩散通道下当初始态为粒子数态或热态时密度算符保持恒定,而当初始态为相干态时系统在发生相扩散的同时始终保持相干态特性不变.     

非简并双光子Jaynes-Cummings模型中贝尔非定域性的演化

基于赝自旋算符的关联所对应的贝尔算符期待值,研究了各种双模非经典态(纠缠相干态、对相干态以及双模压缩真空态)在非简并双光子Jaynes-Cummings模型中贝尔非定域性的动力学特性.结果表明:对于纠缠相干态,贝尔非定域性的演化与双模场平均光子数的大小息息相关;对于对相干态和双模压缩真空态,贝尔非定域性会在有限的时间内完全消失,之后又基本上复原到初始值,呈现出周期性振荡现象.     

论双模压缩算符的自然表象——纠缠态表象

利用简洁的幺正变换得到双模压缩算符在纠缠态中表示,使用同样的方法可得到双模压缩算符在坐标和动量本征态中的表示。     

基于纠缠态表象的复脊波变换理论

本文基于连续变量量子态构造小波变换的研究结果, 从经典信息的连续脊波变换出发, 利用有序算符内ket-bra型积分, 构造连续复脊波变换对应的量子算符和表象表示, 采用表象的内积运算与态矢投影展开, 研究量子光学态的复脊波变换理论. 关键词： 有序算符内积分技术 复脊波变换 纠缠态表象 相干态     

多模连续变量系统的可分性条件

基于一对Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)型算符的方差求积,利用柯西-施瓦兹不等式和海森伯不确定关系得到了多模连续变量系统的可分性条件,此条件不仅可以用来探测非高斯态,还可以探测相干态的情况.此外,通过对算符方差进行求和,得到了用来判断量子态是否纠缠的另外一个条件.并对推导出的两个可分性条件在算符F1,G1,分别取坐标算符,动量算符且n=2的情况下进行了对比讨论.结果表明,当所选的系数满足∑|cjdj|>4时前一个不等式相对于后一个不等式探测更强.     

不同方向Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和磁场对自旋系统纠缠和保真度退相干的影响

通过求解系统的Milburn方程,研究了包含Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的自旋链系统中纠缠和保真度的动力学演化特性,讨论了不同方向Dzyaloshinskii-Moriya相互作用、不同方向均匀和非均匀磁场、不同初始态对纠缠以及保真度退相干的影响.研究发现,非均匀磁场的引入能够抑制纠缠退相干的发生,初始态的选择对系统纠缠状态的影响很大,可以通过调制Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的方向来获得所需纠缠和较高的保真度.研究还发现,退相干条件下,无论是均匀还是非均匀磁场对于保真度的提高并不明显.纠缠和保真度随初始态角度的变化具有周期性,可以根据需要来选取不同系统中的最优初始态.