非均匀磁场作用下海森堡自旋模型的时间演化

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量子信息学是以量子力学与经典信息学想结合的一门新兴学科,它给信息科学和技术的变革、持续高速的发展提供了新的原理和方法。微观系统的量子特性为信息学带来了许多令人耳目一新的现象,其中量子纠缠就是最为神奇和最富有代表性的特征之一。研究好量子态的纠缠随时间的演化特性,能够有效地实现对固态量子系统的操控,处理量子系统中信息的存储以及信息的传输。本文主要讨论了在非均匀磁场作用下海森堡XY自旋模型和混合海森堡XXZ自旋模型的纠缠随时间演化的情况,为研究固态量子系统纠缠的动力学行为和实现其信息的操控和处理提供一些重要的理论依据和途径。首先,本文引入了Wootters关于纠缠度(Concurrence)的概念,研究了在非均匀磁场作用下的海森堡XY自旋模型的时间演化情况。通过对系统的哈密顿量进行求解,找到时间演化算符。分别选择不同的初始状态,得到了系统随时间变化的密度矩阵,从而计算得到系统的纠缠度。分析了纠缠度随时间的变化情况,讨论了各个参数对纠缠度的影响。结果发现,其纠缠度是一个随时间呈正弦变化的周期函数。耦合参数J只会影响纠缠度的周期大小,增大J可以使周期T缩短,而各向异性参数γ对纠缠程度有增强的作用。外界磁场B以及其不均匀度b都会抑制两粒子的纠缠度,因此可以通过调节外界磁场来操控系统的纠缠情况。另外,系统的初态对系统随时间演化也扮演着十分重要的角色。其次,我们研究了在非均匀磁场作用下的海森堡XXZ自旋模型的时间演化情况。首先对纠缠度的定义进行了合理推广并进行了证明,将其应用于混合自旋模型中。同样地,通过对哈密顿量的求解,找到不同初态下系统随时间演化的密度矩阵,从而得到系统的纠缠度。通过数值模拟分析纠缠度随时间的变化情况和各个参数以及系统初始状态对纠缠度的影响。研究表明,混合海森堡模型的纠缠随时间演化因不同的初态的选择而有所不同,但仍然呈正弦变化的周期函数。外界磁场B的大小对纠缠度C并没有影响,而是决定于磁场的不均匀度b,外界磁场越不均匀,对两粒子纠缠的抑制作用就越大。各向异性参数k的值也会对其纠缠状态产生影响。
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