基于腔QED和自旋鏈的糾纏操控和傳遞.pdf

1、量子糾纏是一種量子體系之間的非局域關(guān)聯(lián)，沒有經(jīng)典對應(yīng)，它在量子信息處理和量子計算中處于核心的地位，現(xiàn)在量子糾纏已經(jīng)被認(rèn)為是一種量子信息源。因此，糾纏的產(chǎn)生引起了廣泛的關(guān)注，諸如腔QED，離子阱，核磁共振，量子點(diǎn)等多種物理系統(tǒng)被用來產(chǎn)生糾纏。然而，我們知道，一個真實(shí)的物理體系往往被它所處的環(huán)境影響著，這種影響導(dǎo)致了退相干，這是當(dāng)前量子信息過程中主要的困難之一。另一方面，在最近幾年人們對于由兩個量子比特組成的聯(lián)合量子體系的動力學(xué)演化過程產(chǎn)生

2、了濃厚的興趣。特別地，人們發(fā)現(xiàn)對于一個處于某一環(huán)境中的量子比特相干性的消失是漸進(jìn)的，但是對于兩個糾纏在一起并處于一定環(huán)境中的兩個量子比特體系，糾纏的消失并非漸進(jìn)的而是突然地消失，這種糾纏的突然消失稱作“量子糾纏的突然死亡”。最近，人們在光子對和原子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)里都觀察到了這一現(xiàn)象在。另外，有人也提出了一個與此相關(guān)的現(xiàn)象一“糾纏的突然產(chǎn)生”。在量子信息過程中一個很重要的任務(wù)就是在糾纏產(chǎn)生之后如何有效可靠的傳遞糾纏，自旋鏈之間有自然地相互作用而

3、且也適合做短程的傳遞，因此人們提出了不少基于自旋鏈的量子糾纏傳遞方案。
　　 在本學(xué)位論文中，我們主要研究了一些腔QED系統(tǒng)的糾纏動力學(xué)，以及如何利用經(jīng)典驅(qū)動場操控原子和原子，以及原子和光場之間的糾纏，特別是操控糾纏的突然死亡和產(chǎn)生。另外還研究了相位退相干，次近鄰相互作用以及相位移動對自旋鏈系統(tǒng)的量子態(tài)和糾纏傳遞的影響。
　　 首先我們研究如何利用經(jīng)典驅(qū)動場操控糾纏的突然死亡和產(chǎn)生。假定兩個最初糾纏的兩能級原子分別處于各

4、自的環(huán)境中（腔場），兩個腔場彼此之間沒有直接的相互作用，兩個原子被兩束經(jīng)典驅(qū)動場驅(qū)動著。我們的研究表明，在這樣的量子體系中原子之間的糾纏產(chǎn)生快慢和多少可以由這兩個經(jīng)典驅(qū)動場控制，也就是說我們可以適當(dāng)調(diào)整經(jīng)典驅(qū)動場提高原子之間的糾纏，也可以通過調(diào)整經(jīng)典驅(qū)動場改變糾纏突然死亡的時間，如果驅(qū)動場足夠強(qiáng)，糾纏的突然死亡現(xiàn)象會消失。同時我們研究了兩個腔場之間的糾纏演化，我們發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于兩個原子的糾纏突然死亡，兩個腔場之間的糾纏會突然產(chǎn)生。糾纏的突然

5、產(chǎn)生和突然死亡的時間可以通過經(jīng)典驅(qū)動場以及兩個原子的初態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次我們考慮在有退相干的情況下如何利用經(jīng)典驅(qū)動場提高原了和光場之間糾纏，考察了退相干對這個體系的影響并且發(fā)現(xiàn)可以利用經(jīng)典驅(qū)動場增加糾纏的產(chǎn)生。另外，我們研究了有相位退相干存在時兩模兩光子Jaynes-Cummings模型（JC模型）腔場和原子之間的糾纏，發(fā)現(xiàn)有穩(wěn)態(tài)糾纏存在，此穩(wěn)態(tài)糾纏與失諧有緊密聯(lián)系。利用兩模兩光子JC模型還可以實(shí)現(xiàn)單量子比特幺正門和兩量子比特相位門。

6、r>　　 我們還進(jìn)一步研究了三能級原子和腔場相互作用體系的糾纏產(chǎn)生和操控問題。我們首先研究了原子相干性和兩模腔場之間糾纏的關(guān)聯(lián)，研究結(jié)果表明，如果三能級原子有相干性，那么就能誘導(dǎo)出腔場兩個模式之間的糾纏，而且糾纏的大小和相干性有很大關(guān)聯(lián)。如果有相位退相干，我們發(fā)現(xiàn)在原子相干性和原子腔場相互作用的聯(lián)合影響下腔場的兩個模式之間會有穩(wěn)態(tài)糾纏，這說明了在某些特定的情況下，相位退相干會有利于糾纏的產(chǎn)生。接著我們研究了退相干對糾纏動力學(xué)的影響，腔

7、場分別處于真空態(tài)，相干態(tài)和熱態(tài)，研究了各種情況下的糾纏動力學(xué)過程。我們還研究了兩個一開始糾纏的三能級原子分別放置于兩個沒有相互作用的腔場中，分別計算了原子之間，原子和腔場之間，腔場和腔場之間的糾纏。研究表明三能級原子的初態(tài)和原子與腔場的失諧對糾纏的演化有著重要的影響，而且腔場和原子之間的糾纏有突然死亡現(xiàn)象。
　　 最后，我們考慮了如何利用1/2自旋鏈進(jìn)行量子態(tài)和糾纏的傳遞，我們研究了相位退相干，次近鄰相互作用，以及相位移動在對自