泡利和退極化噪聲下糾纏動(dòng)力學(xué)及量子隱形傳輸理論研究.pdf

1、量子糾纏是量子信息領(lǐng)域中的一種重要資源，但是它又是極其脆弱的。現(xiàn)實(shí)量子系統(tǒng)不可能孤立于周圍環(huán)境單獨(dú)存在，必須考慮量子噪聲對(duì)量子系統(tǒng)糾纏的影響。量子噪聲會(huì)導(dǎo)致量子糾纏衰減甚至突然死亡，影響量子信息處理過程，有必要對(duì)不同量子噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)糾纏演化進(jìn)行研究。
　　控制量子系統(tǒng)的糾纏演化，了解量子噪聲對(duì)量子系統(tǒng)糾纏演化的影響將為量子信息處理過程中維持量子糾纏的最大存在提供有力理論支撐，是量子信息技術(shù)得以應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。與此同時(shí)，由于量子

2、噪聲等因素而產(chǎn)生的糾纏混態(tài)在實(shí)際量子信息處理過程中呈主導(dǎo)作用，因此研究糾纏混態(tài)在量子噪聲環(huán)境下的糾纏演化特性對(duì)量子信息技術(shù)的應(yīng)用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文針對(duì)量子信息中糾纏突然死亡現(xiàn)象，給出了一類可控二原子量子系統(tǒng)糾纏演化模型，重點(diǎn)研究了量子信息中常見的兩類特殊二粒子糾纏混態(tài)在局域獨(dú)立（或局域共同）Pauli和退極化量子噪聲環(huán)境下的糾纏演化特性，特別是當(dāng)量子信道受上述量子噪聲環(huán)境影響時(shí)的單量子比特量子隱形傳輸理論。本論文的主要研

3、究內(nèi)容如下：
　　研究了囚禁于腔場中的二原子糾纏動(dòng)力學(xué)。討論了分別以兩類不可以通過局域操作和經(jīng)典通信相互轉(zhuǎn)化的三原子 W態(tài)為原子初始態(tài)以及不同粒子數(shù)態(tài)為腔場初始態(tài)時(shí)二原子糾纏并發(fā)度和負(fù)值度的演化。分析了系統(tǒng)糾纏演化過程中出現(xiàn)糾纏突然死亡的原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)原子初始態(tài)和腔場粒子數(shù)態(tài)對(duì)原子糾纏突然死亡現(xiàn)象的出現(xiàn)有重要影響。
　　研究了兩類特殊二粒子糾纏態(tài)在局域獨(dú)立（或局域共同）Pauli和退極化量子噪聲環(huán)境下的糾纏動(dòng)力學(xué)。一類為Be

4、ll態(tài)與|00?（或|11?）混合情況下的二粒子糾纏態(tài)，另一類為擴(kuò)展的類Werner態(tài)。針對(duì)每一類量子系統(tǒng)，均利用量子主方程的方法給出了其密度矩陣在不同噪聲環(huán)境下演化的解析表達(dá)式，并就每種量子噪聲環(huán)境，依次給出了局域獨(dú)立和局域共同環(huán)境下系統(tǒng)并發(fā)度隨各參量的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)這兩種情況下的并發(fā)度進(jìn)行了比較分析，評(píng)估了混合比例和純度對(duì)各自量子系統(tǒng)糾纏演化的影響，分析了系統(tǒng)在糾纏演化過程中出現(xiàn)糾纏突然死亡和糾纏得以保持的原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論哪種量

5、子系統(tǒng)，在某些局域共同Pauli量子噪聲環(huán)境下，均存在一個(gè)特定區(qū)域使量子系統(tǒng)糾纏度始終保持與初始狀態(tài)一致。
　　研究了量子信道在不同 Pauli和退極化量子噪聲環(huán)境下的單量子比特量子隱形傳輸理論。結(jié)合量子隱形傳輸量子線路模型給出了當(dāng)量子信道（分別以四個(gè)不同Bell態(tài)為量子信道）經(jīng)歷局域獨(dú)立（或局域共同）Pauli和退極化量子噪聲環(huán)境時(shí)量子隱形傳輸?shù)谋Ｕ娑群推骄Ｕ娑?，針?duì)每種噪聲環(huán)境，比較分析了局域獨(dú)立和局域共同環(huán)境下的平均保真度