原子-腔系統(tǒng)中的量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)研究.pdf

1、量子糾纏是一種量子關(guān)聯(lián)，它是實現(xiàn)量子信息與量子計算的重要資源。最近，人們發(fā)現(xiàn)糾纏僅是一種特殊的量子關(guān)聯(lián)，并不是唯一的，在分離態(tài)中也可以具有量子關(guān)聯(lián)。而且這種非糾纏的量子關(guān)聯(lián)比量子糾纏更加普遍并且在抵抗量子退相干方面更有魯棒性，它在量子信息處理和量子計算中可能會起到非常重要的作用。因此，研究各種環(huán)境模型下的量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)行為，尤其是多比特量子系統(tǒng)的量子動力學(xué)特征，不僅對理解物理系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)這個基本概念具有重要的理論意義，而且對未來潛在的

2、實際應(yīng)用將產(chǎn)生深遠的影響。本文基于原子和腔相互作用系統(tǒng)研究了多體量子系統(tǒng)的量子失協(xié)及其傳送動力學(xué)演化，研究結(jié)果主要有:
　　 1、基于兩個原子分別與各自的高Q腔相互作用的系統(tǒng)研究了量子糾纏和量子失協(xié)的動力學(xué)演化。我們發(fā)現(xiàn)量子失協(xié)和量子糾纏一樣也存在突然死亡現(xiàn)象，而且量子失協(xié)猝死的時間間隔比糾纏死亡短，量子失協(xié)減小的速率比量子糾纏緩慢。研究還發(fā)現(xiàn)量子糾纏和量子失協(xié)的總量以及它們的相對大小均依賴于原子初始態(tài)的純度p的數(shù)值。研究還表明

3、，量子比特AB的量子糾纏和量子失協(xié)都可以傳送到腔ab，反之亦然，而且量子失協(xié)的傳送與p值無關(guān)，而量子糾纏的傳送卻依賴于p值。令人奇怪的是，當原子初始態(tài)是混合態(tài)時原子和腔的量子失協(xié)會發(fā)生突變現(xiàn)象。
　　 2、基于兩個原子分別與各自的耗散腔相互作用的系統(tǒng)研究了量子失協(xié)和量子糾纏的動力學(xué)演化。我們發(fā)現(xiàn)在這系統(tǒng)不僅會發(fā)生糾纏死亡(DSD)現(xiàn)象，而且還會發(fā)生量子失協(xié)死亡(DSD)現(xiàn)象，但是由于腔的耗散量子失協(xié)并不能夠完全地復(fù)活。此外，我們

4、還發(fā)現(xiàn)量子失協(xié)和量子糾纏的演化與原子初始態(tài)的純度p和相干態(tài)腔場|a(>)有關(guān)。最后我們對量子失協(xié)和量子糾纏的長時演化行為進行了討論。我們發(fā)現(xiàn)在腔場存在耗散的情況下，量子失協(xié)和量子糾纏也能夠長時間的存在，也就是說，在耗散條件下，原子開始時的量子失協(xié)在耗散腔場中能夠部分的保存比較長的一段時間。我們發(fā)現(xiàn)在短期行為中，在某些條件下存在量子糾纏死亡(ESD)和量子失協(xié)死亡(DSD)現(xiàn)象。然而，在長時行為中量子失協(xié)卻會達到一個定值，并且這個值與原子

5、的初態(tài)，原子和腔的耦合常數(shù)以及腔的衰減有關(guān)。
　　 3、基于原子和消相干熱庫相互作用研究了幾何量子失協(xié)及其傳送的量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)。本工作研究了兩個不同的模型，首先考慮了一個包含兩個量子比特AB和兩個多模熱庫的系統(tǒng)，并且兩個量子比特初始處于擴展的Werner類態(tài)并且每一個量子比特獨立的與一個多模熱庫耦合。其次，考慮了一個包含三個量子比特AB和三個多模熱庫的系統(tǒng)，并且三個量子比特初始處于擴展的W類態(tài)并且每一個量子比特獨立的與一個多模熱

6、庫耦合。在這兩個不同的系統(tǒng)中，我們分別研究了短時和長時條件下幾何量子失協(xié)及其傳送的動力學(xué)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在這兩個不同的模型中，在量子比特系統(tǒng)和相應(yīng)庫之間都發(fā)生了幾何discord的傳送。而且量子比特AB和庫ab的幾何discord的量與原子初始態(tài)的純度p有關(guān)。對于長期動力學(xué)行為，我們發(fā)現(xiàn)量子比特AB的幾何discord漸進地衰減為零，而相應(yīng)庫ab的幾何量子失協(xié)從時間t=0開始增加，顯然，幾何量子失協(xié)可以從量子比特AB傳送到相應(yīng)的熱庫。由

7、于信息的傳送，熱庫ab的幾何量子失協(xié)從時間t=0開始增加并最終達到一個穩(wěn)定值。此外，量子比特AB和庫ab的幾何discord在時間演化過程中會發(fā)生突變現(xiàn)象。
　　 4、研究了一個由兩個獨立的原子-腔-庫子系統(tǒng)組成的耗散系統(tǒng)的幾何discord及其傳送動力學(xué)?？紤]了原子和腔的強耦合和弱耦合兩種條件，并假設(shè)兩個原子A1A2初始處于擴展的Werner類態(tài)。結(jié)果表明:在原子-腔強耦合條件下，原子A1A2和腔C1C2的幾何discord漸

8、進地衰減為零，而庫R1R2從時間t=0開始已立即呈現(xiàn)非零的幾何discord。然而，在弱耦合條件下，原子A1A2的幾何discord漸進地衰減為零，庫R1R2的幾何discord產(chǎn)生并從零變?yōu)橐粋€穩(wěn)定值，而腔C1C2在整個演化過程中幾乎保持在非關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。還可以發(fā)現(xiàn)，原子A1A2的幾何discord衰減地速率比庫R1R2的幾何discord增大的速率快。而且原子A1A2和庫R1R2含有的幾何discord量和原子初始態(tài)的純度p的取值有關(guān)