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量子纠缠是量子物理最为显著的特征之一,是量子信息学中最重要的基本资源,是实现量子通信和量子计算机的基石,并且能够验证量子力学的基本问题。近几年的理论以及实验上的进展告诉我们,对于量子信息处理过程,比如量子隐形传态、量子稠密编码等等,量子纠缠都是必不可少的资源。本文主要研究内容和结构如下:
第一章首先回顾了量子信息学的产生发展概况,较为系统的介绍了量子纠缠的研究现状和进展。
第二章简单介绍了基于约瑟夫森结的超导量子比特的基本工作原理,量子纠缠的基本理论,密度矩阵的理论以及主方程的简单推导。
第三章,在非马尔科夫环境下,利用一定的初始条件,研究了系统和环境在σx方向上的相互作用对耦合超导量子比特的纠缠特性的影响,发现对于初始纠缠的两个量子比特,在热库中会发生纠缠猝死现象,且纠缠猝死的现象强烈地依赖于初态与环境。我们还发现初始条件为最大纠缠混合态的情况下,如果忽略掉相位弛豫过程中量子比特相互作用的影响,会加快纠缠的衰减。
第四章,在一定的初始条件下,研究了环境和系统在σz方向上相互作用,以及量子比特之间的耦合对量子系统的纠缠特性的影响。我们发现纠缠度与初始量子态以及量子比特与环境之间的耦合有强烈地关联。我们可以通过控制系统与环境之间的耦合方式来延长纠缠时间甚至避免纠缠猝死的产生。对于初始纠缠的量子系统,当我们选择量子比特和环境的耦合方式处于完全反对称状态时,我们可以避免纠缠猝死的产生。
第五章对本文的工作进行了简单的总结和展望。