量子态动力学演化速度的远程调控

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量子相干态和纠缠态是量子计算与量子信息处理的重要资源,是量子世界的重要特征,利用量子纠缠态可以完成一些经典世界无法完成的任务。随着量子信息技术发展的需求,如何获得更加高速的量子计算和信息处理能力是目前研究的重点问题,因而量子速度极限时间概念随之产生,用来表征从初始态到可区分末态所需要的最短时间,因此,利用量子速度极限时间概念来研究开放系统量子态动力学过程的加速演化问题引起了国内外学者的广泛关注。本文主要是针对二能级原子系统,构建合理可行的可控环境来实现对系统量子态动力学演化速度的有效调控。1.研究了纠缠相干光场参数变化对量子态最大演化速度的影响。考虑双模纠缠相干光场,将其中一束光场注入腔中与一个二能级原子发生共振相互作用,根据腔量子电动力学理论推导出原子系统的演化态。针对原子系统初始状态到目标演化态的动力学过程,利用量子速度极限时间概念来表征原子系统量子态的最大演化速度。通过调节双模纠缠相干光场的相干参数来操控原子系统量子态动力学过程中所能达到的最大演化速度。结果发现:与原子发生相互作用光场的相干参数在一定条件下可以对系统量子态的最大演化速度产生明显的影响。并且当该光场参数不能很好地来操控量子态的最大演化速度时,双模纠缠相干光场间的量子关联可以实现未参加相互作用光场参数对原子系统量子态最大演化速度的远程调控。2.研究了耗散腔中各参数对量子比特系统量子速度极限时间的影响。在实际的演化过程中系统不可避免的与周围环境发生相互耦合,导致量子耗散。考虑两束纠缠光场将单模光场注入一个含有单个二能级原子的耗散腔中,利用量子速度极限时间概念我们主要探究如何通过调控相关参数实现对原子系统量子态动力学过程加速的问题。我们得到有意义的结论:当目标演化态一定时,我们可以通过调节耗散系数实现量子态演化从无加速能力到有加速能力的转化,耗散系数越小加速能力越强。当耗散系数确定时,我们也可以通过增加实际演化时间,来实现量子态最大演化速度从没有提升空间到具有加速行为。并且在此基础上我们调控初始关联态,可以在一定范围内继续增加量子态演化的加速能力。当光场的相关参数不能继续增大系统量子态的最大演化速度时,鉴于纠缠光场奇妙的纠缠性,我们也可以通过增加纠缠腔场的数量,进一步来提升原子系统量子态动力学过程中所能达到的最大演化速度。
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