基于腔QED系统的几何量子失谐及其传送（英文）

研究了基于腔量子电动力学(腔QED)系统的几何量子失谐及其传送.该系统包括两个独立的子系统,每个子系统由两个二能级原子与单模腔共振相互作用.结果表明,所有初始存储在原子A_1A_2中的几何量子失谐最终被转移到原子B_1B_2和腔C_1C_2.同时,原子A_1A_2,B_1B_2和腔C_1C_2的几何量子失谐在该量子系统中可以发生猝死(DSD)以及纠缠突然死亡(ESD).但是,在该量子系统中几何量子失谐不能完全由于原子的自发辐射和腔衰减而复活.此外,原子A_1A_2,B_1B_2和腔C_1C_2几何量子失谐的量,取决于其纯度p,并与其成比例,p的值越小,几何失谐越小.它也表明,在原子自发辐射和腔衰减的情况下,原子A_1A_2,B_1B_2和腔C_1C_2的几何量子失谐将经历振荡衰减并最终衰减到零.不过,在没有原子自发辐射和腔衰减的情况下,原子A_1A_2,B_1B_2和腔C_1C_2的几何量子失谐却没有衰减.

一类两体量子态的量子失谐解析解

量子失谐概念最先由Olliver和Zurek于2001年提出,它是除量子纠缠外量子态之间非常重要的一种量子关联。由于任意态之间的量子失谐计算往往非常复杂,导致目前关于两体量子态的量子失谐计算主要针对两体X-态,而对非X-态的研究较少。基于冯·诺依曼熵和经典关联,给出了一类带5个参数的非X-型两体量子态的量子失谐表达式。通过将表达式转化为单变量函数,利用函数单调性,得出其显式的解析公式,并发现对一个已知的两体态都可以如此给出其量子失谐。

量子失谐与量子通道的联系

证明了量子操控椭球等同于量子通道椭球.建立了量子失谐与量子通道之间的密切联系.指出量子失谐的核心部分,即基于测量的量子条件熵,等价于量子通道的纠缠熵.

含三体相互作用海森堡链的几何量子失谐

研究含三体相互作用和外加匀强磁场时海森堡XX自旋链的几何量子失谐特性,结果发现:对有限温度下的热平衡态,ZZZ型三体相互作用可用来有效增强系统边界量子比特之间的Bures距离量子失谐和Hellinger距离量子失谐,却不能用来增强对应的迹距离量子失谐;不同度量方式的几何量子失谐会给出不同的量子态态序。

实验研究DQC1算法中的量子失谐

量子失谐被认为是确定性单比特量子计算(DQC1)中指数加速的来源。在实际噪声环境下实现DQC1算法并研究其中量子失谐的作用具有重要意义。我们在电子自旋共振(ESR)体系上演示了DQC1算法,并且观察到了非零的量子失谐。此外,我们发现量子失谐的大小与初态的纯度α及量子Fisher信息的大小具有对应关系。实验结果为揭示量子失谐在DQC1中的作用提供了有力证据,并有助于进一步理解量子算法中指数加速的来源。

一类两体非X-型量子态的量子失谐

量子失谐是近年来被发现的除量子纠缠外很重要的一种量子关联,是量子信息中两种表达式的差异.针对两体X-型量子态的量子失谐的研究有很多,但对两体非X-型量子态的研究较少.讨论一类含4个参数的两体非X-型量子态的量子失谐.通过对量子测量进行酉变换,得到经典量子关联.最后运用拉格朗日乘数法来求其量子失谐的极值,给出这类两体非X-型量子态量子失谐的解析解.

有心结构耦合腔系统中的几何量子失谐（英文）

引入了由N+1个单模腔构成的有心结构耦合腔物理模型.其中,中心腔起耦合器作用,其余N个腔通过N条光纤与中心腔耦合,并且每个腔囚禁1个二能级原子.在系统激发数等于1的情况下,给出了系统态矢的演化规律,研究了两原子间和两腔场间的几何量子失谐.通过数值计算,讨论了耦合腔数目和原子与腔场间耦合强度对几何量子失谐的影响.研究结果表明:随着腔数目的增加两原子间和两腔场间的几何量子失谐都减弱;随着原子与腔场间耦合系数增大,两原子间几何量子失谐减弱,但两腔场间几何量子失谐却加强.

强度相关耦合双Jaynes-Cummings模型中的纠缠和量子失谐

研究强度相关耦合双Jaynes-Cummings模型中,两运动原子初始处于最大纠缠态、光场初始处于单模热态时,强度相关耦合、热光场平均光子数以及原子运动对两原子的纠缠和量子失谐的影响.结果表明:考虑强度相关耦合时,纠缠和量子失谐均出现周期性地消失和回复现象,并且,回复以后的纠缠和量子失谐能达到初始值.腔场温度的升高会加速纠缠和量子失谐的消失.此外,原子运动的场模结构参数对该模型中的纠缠和量子失谐影响很大,其值选择合适时,两个原子能够自始至终地保持纠缠或量子失谐状态.

T型结构腔-光纤系统中的几何量子失谐

考虑了每个腔囚禁一个二能级原子,腔与腔之间通过光纤连接,且原子与腔发生共振相互作用的情况,利用几何量子失谐(GQD)研究了两子系统间的量子关联,分析了T型结构耦合腔系统中两原子间和两腔间的GQD。采用数值计算方法,讨论了原子与腔场以及腔与光纤间的耦合强度对GQD的影响。研究结果表明,随着原子与腔间的耦合系数的增大,原子间的GQD减弱,但腔间的GQD增强;随着光纤与腔间的耦合强度的增大,原子间的GQD增强,腔间的GQD却减弱。

刻画失谐消失量子信道的算子和表示

获得了失谐消失量子信道的算子和表示,进一步证明了信道Φ是失谐消失信道的充分必要条件是极大纠缠态在ΦI_d下的像的量子失谐为零。

原子和腔场衰减对耦合腔系统中几何量子失谐的影响

本文考虑原子和腔场存在衰减的情况,研究了耦合腔系统中两子系统间的几何量子失谐。在原子和腔场衰减系数相等的特殊情况下,通过解薛定谔方程,给出了系统态矢演化规律。采用数值计算方法,讨论了原子和腔场衰减对两子系统间几何量子失谐的影响。研究结果表明:两原子间、两腔场间、以及原子和腔场之间的几何量子失谐都呈现出振幅衰减式振荡,直至衰减至零;并且,随衰减系数增大,衰减加快。

Tavis-Cummings模型中运动原子的量子关联动力学

通过数值计算,研究了Tavis—Cummings模型中两运动原子与粒子场相互作用时两原子的量子关联。讨论了两原子初始纠缠度和腔场的光子数及原子的运动对两原子量子纠缠和量子失谐的影响。结果表明:初始量子纠缠度不同,两原子的量子纠缠和量子失谐的演化不同;光子数增加,两原子的量子纠缠出现猝死和恢复现象,而量子失谐保持非零,同时量子纠缠和量子失谐变化的更快;考虑原子的运动时,量子纠缠和量子失谐周期性演化,场模结构参数增大,量子纠缠和量子失谐的演化周期变小。通过演化曲线发现,量子纠缠和量子失谐的演化具有相似性。

两二能级原子在共同环境下的量子关联动力学

通过精确求解带有偶极-偶极相互作用的两个二能级原子与一个共同热库相互作用模型,得到了两原子间量子纠缠和量子失谐(quantum discord)的解析表达式.综合考虑了环境的非马尔可夫效应、原子间的偶极-偶极相互作用以及原子的本征频率同腔模中心频率之间的失谐量对两原子间量子纠缠和quantum discord的影响.研究显示:在非马尔可夫机制下,且原子的本征频率与腔模中心频率是共振时,当两原子初态处于纠缠态时,原子间偶极-偶极相互作用可以显著抑制包括量子纠缠和quantum discord等量子关联的衰减,更特别的是,如果原子的本征频率同腔模中心频率有一定的失谐时,利用原子间偶极-偶极相互作用可大大地延长两原子退纠缠的时间;当两原子初态处于可分离态时,从短时间来看,原子间偶极-偶极相互作用可以提高量子纠缠和quantum discord振荡的振幅,而在长时间极限下,原子间偶极-偶极相互作用不会改变量子纠缠和quantum discord达到的稳定值.最后,讨论了原子间偶极-偶极相互作用对量子纠缠和quantum discord动力学不同的影响.

基于弱测量操作下的量子关联动力学及关联转移

利用弱测量技术研究两量子比特的量子关联动力学演化和转移。有纠缠突然死亡现象产生的非最大纠缠初态经前选择测量操作后,在演化过程中不但能够提高量子关联强度,而且能够缩短甚至消除量子比特纠缠的突然死亡区域;而对于演化中无纠缠突然死亡的非最大纠缠初态,弱测量操作则会降低量子比特间关联强度。对初始处于最大纠缠态的粒子,弱测量操作不能增强粒子间的纠缠但可以优化量子关联中的量子失谐。弱测量在实现量子关联转移时的破坏极小,能够延迟纠缠的衰减,并可使量子纠缠的转移时间提前。另外腔场与量子比特间的耦合强度与系统耗散率的关系决定纠缠原子在腔中动力学演化,表现为马尔可夫和非马尔可夫过程。

腔量子电动力学中运动原子量子关联的动力学

利用数值分析的方法,研究了两运动原子依次通过微腔时两原子的量子关联,讨论了两原子的初始态,腔场光子数及原子的运动对纠缠和量子失协的影响以及纠缠与量子失协的比较。结果表明:初始态可以改变纠缠和量子失谐的演化;腔场光子数的增加,可以使纠缠和量子失谐由周期性变化到非周期性变化,光子数不为零时,纠缠出现猝死现象,量子失谐保持非零;原子的运动可以使纠缠和量子失谐由非周期性演化变为周期性演化,使周期变短,并且发现原子运动的场模结构参数的增大可以提高纠缠和量子失谐的大小。在某些情况下,纠缠和量子失谐的演化规律具有一致性。

轨道角动量复用光场的高斯量子关联

连续变量纠缠态光场是实现量子计算、量子通信和量子精密测量的重要量子资源。轨道角动量复用是增加量子通信信道容量的一种有效方式。我们利用铯原子系综中的四波混频过程制备了轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场,并实验证明携带l=1,2阶轨道角动量的EPR纠缠态光场可以获得与l=0模式的EPR纠缠态光场相同的纠缠度。此外,我们采用高斯量子失谐表征了携带l=0,1,2阶轨道角动量光场的量子关联,并研究了其在损耗信道中的演化。结果表明轨道角动量复用光场的高斯量子关联在损耗环境中具有鲁棒性。研究结果为利用轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场实现高信道容量量子通信提供了参考。

两个耦合二能级原子与单模热场作用系统中的量子和经典关联

运用量子纠缠、量子关联与经典关联的概念及全量子理论方法,在一定条件下,研究了两个耦合二能级原子与热场相互作用系统中量子纠缠、量子失协、几何量子失协和经典关联的演化特性。分析和讨论了初始时刻两原子处于分离态时,原子与热辐射场耦合强度、热场平均光子数对系统中两原子间量子纠缠、量子关联和经典关联演化特性的影响。结果表明:在原子与热场耦合作用较弱时,随热场平均光子数的增大,两原子间的量子纠缠、量子关联的演化呈现突然死亡和再生现象,在长时域上表现为幅值逐渐减小的塌缩-复原过程,经典关联的演化表现为稳定的振荡形式;在原子与热场耦合作用较强时,随热场平均光子数的增大,量子纠缠、量子关联的变化仍会呈现突然死亡和再生现象,在长时域上四个量都表现为无规振荡形式,取值均明显减小,且发现在量子纠缠为零的时域上,明确存在着其他量子关联现象。

双模纠缠场中原子量子关联的产生

通过数值计算的方法,研究了两原子依次通过双模纠缠场时量子关联的产生,讨论了双模场的初始纠缠对两原子的纠缠和量子失谐的影响。结果表明:双模场的初始纠缠为零时,两原子的纠缠和量子失谐为零,初始双模场的纠缠不为零时,纠缠和量子失谐不为零并随时间演化;初始双模场的纠缠越大,两原子的纠缠和量子失谐越大;原子的两种初态(|e1,e2〉,|g1,g2〉)下,纠缠和量子失谐产生的阈值时间与双模场的纠缠度没有关系。

海森堡J_1-J_2自旋链的量子关联与量子纠缠

文章计算了海森堡J1-J2自旋链的任意两格点间的量子失谐与相对熵纠缠,不仅给出了量子失谐、相对熵纠缠与两格点自旋关联函数的解析关系,而且给出了精确对角化的数值结果。解析结果指出了两格点的量子失谐与纠缠非零的条件,并为用两格点的量子失谐与纠缠探测该模型的相变点提供了理论依据。数值结果表明,在该模型中,量子失谐比纠缠具有较长程的关联,近邻和远距离两格点间的量子失谐在基态时能标度一级相变点J2/J1=0.5,在第一激发态时,除了能标度相变点J2/J1=0.5外,还能标度无穷级相变点J2/J1=0.241 1;而纠缠仅存在最近邻与次近邻两格点间,且只有最近邻两格点的纠缠能标度相变点。