量子混沌系统中的自旋压缩性质

量子信息是21世纪的一门新兴交叉学科,现已经成为世界关注的热门研究领域.近年来,量子计算机的研究正成为大家十分感兴趣的课题.在寻找量子计算的实现方案过程中,量子混沌引起了研究人员的极大关注,因为在量子计算机执行一些量子运算法则的过程中可能产生量子混沌,并可能破坏量子计算机的运算操作条件.近期有关量子纠缠与量子混沌之间的关系已经有所报道,而自旋压缩作为另外一种典型的纯量子效应,是否也与量子混沌之间存在一定关系呢?讨论了量子混沌研究中一个非常典型的QKT模型,研究了量子混沌系统中自旋压缩的性质.通过数值模拟计算,给出了两种不同定义的自旋压缩系数与混沌系数κ之间的变化关系,结果发现在经典相空间中,如果在规则区域占优势的情况下,当初始自旋相干态波包位于椭圆形中心时,随着时间的演化,系统压缩行为表现得非常强;而对于经典相空间中混沌区域占优势的情况下,初始自旋相干态波包同样位于椭圆形中心,则系统的压缩行为表现得非常弱,说明自旋压缩对相应的经典混沌非常敏感.通过比较还发现,采用Wineland等定义的自旋压缩系数比采用Kitagawa和Ueda等定义的自旋压缩系数对经典混沌更敏感一些,从而得出用自旋压缩可以刻画量子混沌的结论.     

耗散腔中两二能级原子态的自旋压缩量子Fisher信息和最大自旋涨落

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,分析了与单模辐射场作用过程中原子态的自旋压缩、量子Fisher信息和最大自旋涨落.结果表明:自旋压缩,大于1/2的最大自旋涨落可以作为量子纠缠的充分必要判据.自旋压缩,大于1/2的最大自旋涨落和量子纠缠,它们互相等价.大于1的Fisher信息与它们之间没有等价关系,但可以作为自旋压缩和量子纠缠的充分判据.     

耗散腔中两二能级原子态的自旋压缩,量子Fisher信息和最大自旋涨落

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,分析了与单模辐射场作用过程中原子态的自旋压缩、量子Fisher信息和最大自旋涨落.结果表明:自旋压缩,大于 的最大自旋涨落可以作为量子纠缠的充分必要判据.自旋压缩, 大于 的最大自旋涨落和量子纠缠,它们互相等价.大于1的Fisher信息与它们之间没有等价关系,但可以作为自旋压缩和量子纠缠的充分判据.     

基于量子Fisher信息的纠缠判据

对于几类常见的量子态,对自旋压缩和量子Fisher信息进行了比较研究.得到量子Fisher信息的表达式,以Fisher信息为基础,给出了量子纠缠的判据,结果表明;比较于自旋压缩,该判据有明显的优势.(1).对于两个Qubit的对称态,该判据与自旋压缩,concurrence完全等价;(2).对于两个Qubit的非对称态的纠缠,自旋压缩不能检验其纠缠,但对于部分态,该判据也能检验;(3).对于Dicke态,自旋压缩不能检验其纠缠,但该判据能检验且完全等价于concurrence.     

基于量子Fisher信息的耗散相互作用光-物质耦合常数的估计

量子参数估计在量子度量学中有着重要的应用,量子Cramer-Rao下界表明量子参数估计精度极限与量子Fisher信息是直接相关的.本文利用量子参数估计理论对光场与原子失谐很大(大失谐)的Jaynes-Cummings模型耦合常数进行估计.制备探测初态为Qubit系统与光场的直积态,光场分别为Fock态、热态和相干态,分别计算了这三种探测态经大失谐Jaynes-Cummings模型哈密顿量演化后复合系统以及Qubit和光场系统的量子Fisher信息.通过分析发现,复合系统的量子Fisher信息随平均光子数单调递增,Qubit基态与激发态的等权叠加态为最优探测态,此时量子Fisher信息达到最大值;当探测态的光场为Fock态和热态时,关于被估计参数的信息都包含于Qubit系统;对于大失谐Jaynes-Cummings模型耦合常数的估计,光场为热态或相干态时耦合常数的估计精度高于光场为Fock态时的精度.     

相互作用量子点系统中的场致自旋电流

从理论上研究了相互作用量子点在外部旋转磁场下的非平衡自旋输运性质，研究结果表明，量子点中的相干自旋振荡可以导致自旋电流的产生，当计入库仑关联相互作用后，近藤共振效应受外部进动磁场的影响很强，特别是当磁场的进动频率与塞曼能移满足共振条件时，每个自旋近藤峰就会劈裂为两个自旋共振峰的叠加，在低温强耦合区，这种近藤型共隧穿过程对自旋电流带来重要贡献。     

自旋轨道耦合量子点系统中的量子相干

研究了自旋轨道耦合量子点中的量子相干效应.运用输运电子的全计数统计方法计算系统的平均电流、散粒噪声和偏斜,发现体系存在自旋轨道耦合作用时,散粒噪声值随自旋轨道耦合常数的增加而减小.更重要的是,电流、噪声和偏斜随磁通周期性波动,并且波动周期不受自旋轨道耦合强度大小、自旋极化率以及动力学耦合不对称的影响.     

非对称自旋-轨道耦合系统的多体量子相干含时演化

本文以具有非对称性自旋相互作用的三体自旋系统为研究对象,重点研究了三体量子相干含时演化规律.采用精确量子对角化和基于量子主方程的数值模拟方法,讨论了三体量子系统中多种量子相干组分及其退相干.研究发现,量子相干组分的含时演化与整个系统的初态量子特性紧密相关.当初态为可分离纯态时,在较短时间内,非对称相互作用有利于增加多体量子相干度.这些量子相干度因受噪声影响而逐渐衰减.当初态为类Werner态时,量子相干度的分布满足加和性,即三体量子相干度等于所有两体量子相干度之和.自旋之间非对称相互作用和环境噪声都会引起三体量子相干度大于所有两体量子相干度之和.这些结论有助于多体量子资源的制备.     

基于量子Fisher信息的量子计量进展

量子计量是超冷原子气体研究中的一个热点领域.超冷原子体系独特的量子性质(量子纠缠)和量子效应有助于大幅度提高待测物理量的测量精度,这已经成为量子精密测量中的共识.量子Fisher信息对该领域的发展起了非常重要的作用.本文首先介绍量子Fisher信息的基本概念和量子计量的主要内容;然后简要回顾这些理论在提高测量精度方面的应用,特别是多粒子量子纠缠态的产生及其判定;再介绍线性和非线性原子干涉仪的相关进展;最后论述量子测量过程中的统计方法的研究进展.     

玻色-爱因斯坦凝聚系统的量子Fisher信息与混沌

量子Fisher信息作为经典Fisher信息的自然推广,与量子信息中的纠缠判断具有密切联系.在表现为典型量子混沌特征的受击两分量玻色-爱因斯坦凝聚系统中,研究了与经典相空间对应的纠缠和量子Fisher信息动力学性质. 结果表明,初次撞击后的系统量子态是纠缠的,与初态所处相空间中的混乱程度无关.而量子Fisher信息的动力学演化对系统初态非常敏感,当初态处于混沌区域时,量子Fisher信息值比初态处于规则区域时大.利用这种较好的量子-经典对应关系,得到量子Fisher信息可以刻画量子混沌的结论. 关键词： 量子Fisher信息 玻色-爱因斯坦凝聚 量子混沌 量子-经典对应     

Quantum Fisher information and spin squeezing in one-axis twisting model

We investigate the dependence of the average parameter estimation precision （APEP）, which is defined by the quantum Fisher information, on the polar angle of the initial coherent spin state ｜θ0,φ0〉 in a one-axis twisting model. Jin et al. [New J. Phys. 11 （2009） 073049] found that the spin squeezing sensitively depends on the polar angle θ0 of the initial coherent spin state. We show explicitly that the APEP is robust to the initial polar angle θ0 in the vicinity of π/2 and a near- Heisenberg limit 2IN in quantum single-parameter estimation may still be achieved for states created with the nonlinear evolution of the nonideal coherent spin states θ0- π/2. Based on this model, we also consider the effects of the collective dephasing on spin squeezing and the APEE     

Protecting Quantum Fisher Information in Correlated Quantum Channels

Quantum Fisher information (QFI) has potential applications in quantum metrology tasks. QFI is investigated when the consecutive actions of a quantum channel on the sequence of qubits have partial classical correlations. The results showed that while the decoherence effect is detrimental to QFI, effects of such classical correlations on QFI are channel-dependent. For the Bell-type probe states, the classical correlations on consecutive actions of the depolarizing and phase flip channels can be harnessed to improve QFI, while the classical correlations in the bit flip and bit-phase flip channels induce a slight decrease of QFI. For a more general parameterization form of the probe states, the advantage of using the initial correlated system on improving QFI can also remain in a wide regime of the correlated quantum channels.     

基于量子费希尔信息的纠缠判据

对于几类常见的量子态, 对自旋压缩和量子Fisher信息进行了比较研究.得到量子Fisher信息的表达式,以Fisher信息为基础,给出了量子纠缠的判据,结果表明:比较于自旋压缩,该判据有明显的优势.(1).对于两个Qubit的对称态,该判据与自旋压缩,concurrence完全等价;(2).对于两个Qubit的非对称态的纠缠,自旋压缩不能检验其纠缠,但对于部分态,该判据也能检验;(3).对于Dicke态, 自旋压缩不能检验其纠缠,但该判据能检验且完全等价于concurrence.     

基于量子费希尔信息的纠缠判据

对于几类常见的量子态, 对自旋压缩和量子Fisher信息进行了比较研究.得到量子Fisher信息的表达式,以Fisher信息为基础,给出了量子纠缠的判据,结果表明:比较于自旋压缩,该判据有明显的优势.(1).对于两个Qubit的对称态,该判据与自旋压缩,concurrence完全等价;(2).对于两个Qubit的非对称态的纠缠,自旋压缩不能检验其纠缠,但对于部分态,该判据也能检验;(3).对于Dicke态, 自旋压缩不能检验其纠缠,但该判据能检验且完全等价于concurrence.     

Chaos and quantum Fisher information in the quantum kicked top

Quantum Fisher information is related to the problem of parameter estimation.Recently,a criterion has been proposed for entanglement in multipartite systems based on quantum Fisher information.This paper studies the behaviours of quantum Fisher information in the quantum kicked top model,whose classical correspondence can be chaotic.It finds that,first,detected by quantum Fisher information,the quantum kicked top is entangled whether the system is in chaotic or in regular case.Secondly,the quantum Fisher information is larger in chaotic case than that in regular case,which means,the system is more sensitive in the chaotic case.     

Non-Markovian dynamics of spin squeezing

We evaluate the spin squeezing dynamics of N independent spin-1/2 particles with exchange symmetry. Each particle couples to an individual and identical reservoir. We study the time evolution of spin squeezing under the influence of different decoherence. The spin squeezing property vanishes with evolution time under Markovian decoherence, while it collapses quickly and revives under non-Markovian decoherence. As spin squeezing can be regarded as a witness of multipartite entanglement, our scheme shows the collapses and revivals of multipartite entanglement under the influence of non-Markovian decoherence.     

Mean spin direction and spin squeezing in superpositions of spin coherent states

We consider the mean spin direction (MSD) of superpositions of two spin coherent states (SCS) | ± μ〉, and superpositions of | μ〉 and | μ*〉 with a relative phase. We find that the azimuthal angle exhibits a π transition for both states when we vary the relative phase. The spin squeezing of the states, and the bosonic counterpart of the mean spin direction are also discussed.