基于腔结构的量子相干和纠缠动力学研究

论文摘要

本文研究了量子系统在各种腔结构环境下的纠缠动力学特性。从单模腔和多模腔、单原子和多原子、有无附加腔、二维原子和三维原子等多角度作了系统的理论研究。主要内容如下:（1）系统地阐述了本课题研究的背景、意义及课题研究中所用到的基本量子理论,如:封闭系统状态演化方程、纠缠度的公理化定义。简述了理论推导时所采用的数学处理方法,同时介绍了本论文的主要研究内容和创新点。（2）研究了由两个独立的二能级原子-单模腔耦合系统所构成的复合系统中两体纠缠动力学特性。采用求解薛定谔方程和并发度等方法,通过数值计算,讨论了不同初态及失谐量对系统纠缠演化的影响,分析了原子间纠缠以及原子与腔间的两体纠缠演化规律。研究结果表明:原子-腔的局域耦合不仅诱导产生了原子与其所在腔间的局域纠缠,而且诱导了腔-腔之间,原子与另外腔之间的非局域纠缠。失谐量为零时腔-腔之间的纠缠正好补偿了最初原子间的纠缠损失。改变失谐量可影响腔间非局域纠缠对原子间纠缠损失的恰好补偿性。（3）研究了由两个独立的双二能级原子-单模腔耦合系统所构成的复合系统中两体纠缠动力学特性。采用求解薛定谔方程和纠缠负性等方法,通过数值计算,讨论了腔场最初处于三维最大纠缠态时,各耦合参量及失谐量对系统纠缠演化的影响。研究结果表明:在一定的时间内,可忽略原子间偶极相互作用对各子系统纠缠的影响,而原子-腔之间的耦合参量及失谐量对各子系统纠缠的影响不可忽略;在一定的时间内,各子系统间的纠缠平均值随原子间耦合参量的增大而增大,随原子-腔间耦合参量及失谐量的增大而减小,增大原子-腔间耦合参量及失谐量可抑制子系统的纠缠振荡。（4）提出了一种基于V型三能级原子和腔量子电动力学系统产生量子纠缠态的方案。数值分析了在不同耦合参量条件下,任意两腔之间的纠缠演化规律。研究发现在原子以恒定速度通过空腔时,改变耦合腔间的耦合参量,可实现对腔间纠缠的控制。利用此方案可同时实现多分量量子纠缠态的产生和控制。（5）研究了由孤立二能级原子和二能级原子-多模腔场耦合系统所构成的复合系统中两体纠缠动力学特性。在考虑系统中最多只有一个激子的情况下,采用傅里叶变换和拉普拉斯变换得到系统的精确演化态,通过求偏迹得到复合系统中各子系统的密度矩阵,从而研究子系统的纠缠演化特性。讨论了在马尔科夫和非马尔科夫情形下,初始关联对原子系统及复合系统的影响。研究结果表明:在马尔科夫效应下,初始关联对子系统纠缠量的影响可忽略;而在非马尔科夫效应下,增大初始关联可抑制子系统的纠缠振荡,延长纠缠衰减时间。同时发现,在初始关联取得某一特定值时,获得稳定的最大纠缠态,不需要最初处于最大纠缠态的原子对。总之,本文从多角度研究了封闭量子系统在各种腔结构模型下的纠缠动力学特性,对量子系统的纠缠态制备、转移和控制的研究有一定的促进作用。在理论上对量子信息技术和量子计算机的实现有一定的帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 国内外研究现状
•   1.2 理论基础
•     1.2.1 封闭量子系统状态演化方程
•     1.2.2 理论计算中采用的数学处理方法
•     1.2.3 纠缠度的公理化定义
•   1.3 本论文内容简介及研究意义
•   1.4 本章小结
• 第二章 类贝尔态下两体纠缠特性研究
•   2.1 理论模型
•   2.2 数值模拟与结果分析
•   2.3 本章小结
• 第三章 三维最大纠缠腔系统中两体纠缠演化特性研究
•   3.1 理论模型
•   3.2 数值模拟与结果分析
•   3.3 本章小结
• 第四章 基于耦合腔结构的可控量子纠缠研究
•   4.1 理论模型
•   4.2 数值模拟与结果分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 多模腔环境下两体纠缠动力学特性研究
•   5.1 理论模型
•   5.2 数值模拟与结果分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陆繁

导师: 张向阳

关键词: 腔量子电动力学,纠缠演化,并发度,负性,失谐

来源: 江南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 江南大学

分类号: O413

总页数: 51

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