两体系统的非马尔科夫纠缠动力学研究

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量子纠缠已经被发现在研究非局域的和非经典的量子粒子的行为起着重要的作用,也在量子工程和量子信息理论应用中扮演重要的角色,然而在分析一个真实的量子过程时,系统和环境会发生不可避免的交互作用,这样会导致退相干和纠缠的破坏。在传统的处理方法中,为了方便计算,系统环境往往被看一个马尔科夫环境。而在近期的研究中,人们发现在实际系统中对非马尔科夫的研究越来越重要。本文的目的是研究非马尔科夫效应下开放两体系统的纠缠动力学。为了度量两体系统的纠缠,我们采用了concurrence来描述系统中原子间的纠缠,发现对于两个独立的二能级量子系统分别处于各自环境中的情形,在马尔科夫环境下,量子比特间的纠缠随时间成指数快速衰减至零,而在非马尔科夫环境下,两二能级原子间纠缠会随时间成阻尼振荡的形式,有可能出现周期性的“纠缠突然死亡”和“纠缠回复”的现象。这是由于非马尔科夫环境对系统的反作用的结果,也即记忆效应的表现。在本文中,我们详细的讨论了两体系统在不同初态条件下和不同失谐下的纠缠演化,并对比发现系统能量平均值和纠缠度存在着对应关系,两原子的能量平均值跟系统纠缠度一样,随时间成衰减形式,在弱耦合下很快的指数衰减到零,在强耦合条件下,成阻尼震荡形式并最终衰减致零。而对于纠缠突然死亡的情形时,它们的关系又如何呢?对比表达式我们发现当发生纠缠死亡时,两原子的能量平均值总是处在一个特定的值,我们称之为能量临界值UC=0,纠缠突然死亡总是发生在|F1(t)F2(t)|=√1-s/√1+s的时刻。对比两原子系统的共生纠缠度C和能量平均值U后,可以发现这里存在一个能量临界值UC=0=1+s-√1-s2,通过C和U=U-UC=0图形可以看到,共生纠缠度发生突然死亡时,系统的能量平均值U总是会小于能量临界值,而纠缠死亡也仅仅可能发生在U≤ UC=0这段时间内。同时,指出了纠缠突然死亡在振幅阻尼情形下决定于初态的形式、系统的初始纠缠度与耦合系数。在对另一种常见的两体系统(相位阻尼)进行了研究,发现纠缠突然死亡的发生不再与系统的初态形式有关,而只关联于他们的相位阻尼系数。
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