具有PT对称量子行走的实验研究

论文摘要

量子信息科学是由众多学科交叉产生的新兴研究领域,成为现阶段人类解决信息、能源、环境等问题的强有力手段。而量子行走又是量子物理和量子信息的重要平台之一,本论文主要的工作将分为以下两个方面:第一,研究具有PT（宇称-时间）对称非幺正量子系统的模型,并计算绘制量子行走在硬币空间的相图。一般而言,我们处理的量子系统都是理想的封闭系统,其哈密顿量具有厄米性。然而在1998年,两位物理学家Bender和Boettcher指出,厄米性并非是哈密顿量的本征值为实数的必要条件,满足宇称-时间对称性的非厄米哈密顿量的本征值也为实数。自此非幺正的开放系统受到科学家的广泛关注。本文从理论上探究了具有PT对称非幺正量子系统的两种模型,gain-loss（增益-衰减）量子行走和loss-no loss（交替性衰减）量子行走,并设计具有PT对称非幺正量子行走的实验方案。同时基于loss-no loss量子行走模型,结合实验室光学元件的实际参数理论计算绘得一维非幺正量子行走在硬币空间中的相图。通过理论部分的研究,对于开放系统中PT对称以及PT对称破缺的具体相位分布情况有了清晰的认识,为接下来的实验做理论铺垫和指导。第二,实验实现。通过线性光学体系实验实现具有PT对称量子行走的非幺正系统,并深入探究添加不同微扰对于量子行走的影响。实验的实现,主要分为三个过程,初态制备、非幺正演化以及量子测量。其中非幺正演化过程分为三组,第一组实验中的非幺正演化过程不添加任何干扰;第二组实验中演化过程添加了依赖于时间的扰动;第三组实验添加了依赖于位置的扰动。此外,对应于上述的三组实验,从理论上模拟计算了量子行走行走五十步的步数-方差图。通过分析三组实验的理论数据与实验数据,总结不同扰动对于具有PT对称以及PT对称破缺的影响,深入了解具有PT对称的开放系统以及非幺正量子行走平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 量子通信
•     1.2.1 量子纠缠
•     1.2.2 量子超密编码
•     1.2.3 量子隐形传态
•   1.3 经典行走和量子行走
•     1.3.1 经典随机行走
•     1.3.2 量子随机行走
•   1.4 文章写作结构介绍
•   参考文献
• 第二章 量子信息的基础知识
•   2.1 量子态与密度矩阵
•     2.1.1 波函数
•     2.1.2 密度矩阵
•   2.2 量子运算
•     2.2.1 量子比特
•     2.2.2 量子逻辑门
•   2.3 量子测量
•     2.3.1 测量原理
•     2.3.2 投影测量
•     2.3.3 POVM测量
•   参考文献
• 第三章 非幺正开放系统的量子行走
•   3.1 非厄米的开放系统
•   3.2 离散时间的量子行走
•     3.2.1 gain-loss量子行走模型
•     3.2.2 loss-no loss量子行走模型
•   3.3 PT对称相图的理论计算与分析
•   参考文献
• 第四章 微扰对于非幺正量子行走的影响
•   4.1 研究背景
•   4.2 线性光学体系
•     4.2.1 单光子源的制备
•     4.2.2 线性光学元件的作用
•   4.3 具有PT对称的量子行走
•     4.3.1 两种扰动的介绍
•     4.3.2 具有PT对称量子行走的实验实现
•   4.4 结果分析与讨论
•   4.5 小结
•   参考文献
• 第五章 总结与展望
• 硕士期间发表论文和参加的学术活动
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高世玲

导师: 薛鹏,杨永宏

关键词: 非幺正开放系统,对称,量子行走,微扰

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机硬件技术

单位: 东南大学

分类号: O413.1;TP38

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001011

总页数: 65

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