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量子纠缠是一种量子关联,它是实现量子信息与量子计算的重要资源。最近,人们发现纠缠仅是一种特殊的量子关联,并不是唯一的,在分离态中也可以具有量子关联。而且这种非纠缠的量子关联比量子纠缠更加普遍并且在抵抗量子退相干方面更有鲁棒性,它在量子信息处理和量子计算中可能会起到非常重要的作用。因此,研究各种环境模型下的量子关联动力学行为,尤其是多比特量子系统的量子动力学特征,不仅对理解物理系统的量子关联这个基本概念具有重要的理论意义,而且对未来潜在的实际应用将产生深远的影响。本文基于原子和腔相互作用系统研究了多体量子系统的量子失协及其传送动力学演化,研究结果主要有:
1、基于两个原子分别与各自的高Q腔相互作用的系统研究了量子纠缠和量子失协的动力学演化。我们发现量子失协和量子纠缠一样也存在突然死亡现象,而且量子失协猝死的时间间隔比纠缠死亡短,量子失协减小的速率比量子纠缠缓慢。研究还发现量子纠缠和量子失协的总量以及它们的相对大小均依赖于原子初始态的纯度p的数值。研究还表明,量子比特AB的量子纠缠和量子失协都可以传送到腔ab,反之亦然,而且量子失协的传送与p值无关,而量子纠缠的传送却依赖于p值。令人奇怪的是,当原子初始态是混合态时原子和腔的量子失协会发生突变现象。
2、基于两个原子分别与各自的耗散腔相互作用的系统研究了量子失协和量子纠缠的动力学演化。我们发现在这系统不仅会发生纠缠死亡(DSD)现象,而且还会发生量子失协死亡(DSD)现象,但是由于腔的耗散量子失协并不能够完全地复活。此外,我们还发现量子失协和量子纠缠的演化与原子初始态的纯度p和相干态腔场|a(>)有关。最后我们对量子失协和量子纠缠的长时演化行为进行了讨论。我们发现在腔场存在耗散的情况下,量子失协和量子纠缠也能够长时间的存在,也就是说,在耗散条件下,原子开始时的量子失协在耗散腔场中能够部分的保存比较长的一段时间。我们发现在短期行为中,在某些条件下存在量子纠缠死亡(ESD)和量子失协死亡(DSD)现象。然而,在长时行为中量子失协却会达到一个定值,并且这个值与原子的初态,原子和腔的耦合常数以及腔的衰减有关。
3、基于原子和消相干热库相互作用研究了几何量子失协及其传送的量子关联动力学。本工作研究了两个不同的模型,首先考虑了一个包含两个量子比特AB和两个多模热库的系统,并且两个量子比特初始处于扩展的Werner类态并且每一个量子比特独立的与一个多模热库耦合。其次,考虑了一个包含三个量子比特AB和三个多模热库的系统,并且三个量子比特初始处于扩展的W类态并且每一个量子比特独立的与一个多模热库耦合。在这两个不同的系统中,我们分别研究了短时和长时条件下几何量子失协及其传送的动力学。研究结果发现,在这两个不同的模型中,在量子比特系统和相应库之间都发生了几何discord的传送。而且量子比特AB和库ab的几何discord的量与原子初始态的纯度p有关。对于长期动力学行为,我们发现量子比特AB的几何discord渐进地衰减为零,而相应库ab的几何量子失协从时间t=0开始增加,显然,几何量子失协可以从量子比特AB传送到相应的热库。由于信息的传送,热库ab的几何量子失协从时间t=0开始增加并最终达到一个稳定值。此外,量子比特AB和库ab的几何discord在时间演化过程中会发生突变现象。
4、研究了一个由两个独立的原子-腔-库子系统组成的耗散系统的几何discord及其传送动力学。考虑了原子和腔的强耦合和弱耦合两种条件,并假设两个原子A1A2初始处于扩展的Werner类态。结果表明:在原子-腔强耦合条件下,原子A1A2和腔C1C2的几何discord渐进地衰减为零,而库R1R2从时间t=0开始已立即呈现非零的几何discord。然而,在弱耦合条件下,原子A1A2的几何discord渐进地衰减为零,库R1R2的几何discord产生并从零变为一个稳定值,而腔C1C2在整个演化过程中几乎保持在非关联的状态。还可以发现,原子A1A2的几何discord衰减地速率比库R1R2的几何discord增大的速率快。而且原子A1A2和库R1R2含有的几何discord量和原子初始态的纯度p的取值有关且与p成正比,p的取值越小,几何discord的数量越少。无论是在强耦合条件还是弱耦合条件下,在初始时刻全部的几何discord都储存在原子中,并最终传送到库R1R2中,而且这个过程与参数无关。但是在强耦合条件下,几何discord的传送以腔作为媒介,而在弱耦合条件下,几何discord几乎是直接地传送到库中,也就是说传送几乎不受腔的影响。