级联环境下量子关联与费舍信息动力学研究

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量子系统具有经典系统所不存在的迷人特性。这些特性可以从量子关联的不同方面进行探讨和研究,例如Bell非定域性、量子纠缠、量子失协和量子导引等。量子关联特性不仅具有理论性意义,而且可以作为量子通信、量子计量学等新兴技术中不可或缺的物理资源加以开发和利用。在实验研究中,为了从量子态中提取信息,人们通常需要进行量子测量。这些量子测量操作技术自然地促成了量子费舍信息的出现。在量子领域,费舍信息具有经典世界所没有的更加丰富的结构和更多的潜力,特别在量子探测和参数估计的研究中,量子费舍信息发挥着至关重要的作用。由于系统与周围环境存在不可避免的相互作用,使得量子相干性快速衰减,从而造成量子信息的损失,这成为新量子技术发展的主要障碍。因此,研究系统的退相干机理,找出可能的退相干源,找到有效的方法消除它们,或者采用一些可行的方案,极大限度的避免噪声环境引起的退相干现象,具有重要的现实意义。本论文基于级联环境中三量子比特的纠缠系统做了一些讨论,主要内容如下:首先,基于与各自耦合腔相互作用的三个无区分的量子比特系统,研究了强、弱耦合强度g(量子比特与腔间的耦合强度)、腔与腔的耦合强度Ω以及空腔的耗散率Γ1对负性纠缠度、Bell非定域性和纠缠目击的影响。结果表明:通过Bell非定域性和纠缠目击所描述的量子纠缠行为会出现猝死和猝生现象;理想耦合空腔(Γ1=0)存在时,随着腔耦合强度Ω的增加,三者在经历一段短时间的阻尼振荡后,都会达到各自的稳定量值,且该值随着Ω的增加而增大。另外,它们三者在弱耦合体系下的表现(指存活时间或量值)总优于强耦合体系。而耦合空腔中耗散的存在(Γ1≠0)会对量子关联产生极大的消极影响。为了抑制环境作用对量子关联特性的破坏,进一步分析了量子弱测量操作的有效调控作用,得到了一些有意思的结果。其次,我们研究了关于三量子系统中的量子费舍信息的动力学问题以及过滤操作在其中发挥的调控作用。结果显示:当腔衰减率Γ1=0且忽略腔与腔之间的耦合作用即Ω=0时,在强、弱耦合体系中,量子费舍信息经过一段时间后总会单调衰减至0,而在弱耦合体系中,量子费舍信息的存活时间更长。当腔与腔之间存在相互作用时,随着腔耦合强度的增大,量子费舍信息发生短时间的阻尼振荡之后可以达到一个稳定值,且耦合强度Ω越大振荡行为越剧烈,该稳定值越大。而当耦合腔存在耗散即Γ1≠0时,量子费舍信息将不会出现保持现象。为了改善环境对量子关联的破坏所造成的费舍信息丢失的情况,我们引入过滤操作。研究表明,过滤操作可以在保护量子费舍信息方面发挥积极作用。
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