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几类开放量子体系的退相干动力学

作　者: 童庆军
导　师: 安钧鸿
学　校: 兰州大学
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: 退相干量子比特量子系统束缚态量子体系非马尔科夫量子信息处理量子相干性 entanglement 动力学变量约化密度矩阵时间演化激发态布居数 decoherence 二能级原子动力学行为量子力学相互作用哈密顿量清晰的图像
分类号: O413.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文主要介绍了开放系统中量子比特的退相干动力学的一些工作。我们主要研究在非马尔科夫动力学下量子系统和其所处环境形成束缚态对约化量子系统退相干行为的显著影响。我们首先研究了非马尔科夫效应对处在耗散真空环境中单量子比特的退相干动力学的影响。我们的研究表明当环境存在记忆效应的时候,量子比特的量子相干性会在稳态中得到部分的保持。具体的,在非马尔科夫动力学下,当系统形成了束缚态,退相干可以被抑制。我们的研究结果表明通过调节系统和环境的相关参数退相干可以被抑制,实验上这可以通过库工程来实现。其次,我们研究了分别处于在不同真空库场下双量子比特的纠缠动力学行为,并发现在非马尔科夫动力学下纠缠同样可以得到部分保持。研究结果表明形成束缚态和非马尔科夫效应是纠缠保留的两个关键因素。这两种因素的相互影响使得剩余纠缠在稳态中得以长久保留。一方面,当非马尔科夫效应被忽略时,纠缠动力学可能出现突然死亡的现象(ESD)；另一方面,当非马尔科夫效应很强而束缚态又没有形成时,ESD和纠缠恢复的现象将会出现。我们第一次明确地提出了纠缠保留机制,我们的研究在量子信息处理中有着重要的应用。最后,为了对纠缠动力学有一个彻底的了解,我们研究了分别处于不同真空环境下的双量子比特的纠缠在各个双体子系统中的分布情况。具体的,我们所研究的双体子系统包括量子比特之间、环境之间以及环境和量子比特组成的双体子系统。以前研究结果表明在马尔科夫近似下,纠缠会从量子比特系统内完全转移到环境之中。与此不同,我们发现当放弃该近似后,纠缠会稳定地分布在各个双体子系统中,而且我们还发现了一个不变量。这个不变量最初是由Yonac等人[J. Phys. B40,S45(2007)]在没有退相干的：双J-C模型中提出。尽管纠缠分布与具体的模型甚至是所采用的近似有关,但是我们发现,这个不变量始终存在。很多文献中的结果可以看成是我们的研究结果中的特例。我们的结果揭示了纠缠的深刻性质,也将在量子信息处理中有着重要的作用。本论文对在不同近似下的退相干动力学给出了清晰的图像并对如何保持量子相干性有一定的帮助。

全文目录

摘要(中文)  5-6
摘要(英文)  6-10
第一章引言  10-14
第二章单量子比特的退相干动力学  14-24
  2.1 引言  14-15
  2.2 模型和精确退相干动力学  15-18
  2.3 纯度和退相干因子  18-19
  2.4 数值结果和分析  19-22
    2.4.1 耦合常数的影响  19-20
    2.4.2 截止频率的影响  20-21
    2.4.3 退相干抑制的物理机制:原子-光子束缚态的形成  21-22
  2.5 总结  22-24
第三章纠缠保留机制  24-33
  3.1 引言  24-25
  3.2 模型和纠缠动力学  25-27
  3.3 纠缠保留机制  27-32
  3.4 总结  32-33
第四章结构环境中的纠缠分布及其不变性  33-41
  4.1 引言  33-34
  4.2 周期性结构环境中的双比特模型  34-35
  4.3 两体量子子系统中的纠缠分布  35-40
  4.4 总结  40-41
第五章小结和展望  41-43
参考文献  43-50
发表论文  50-51
致谢  51

几类开放量子体系的退相干动力学

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