双腔系统中的两原子纠缠

1、双腔系统中的两原子纠缠【摘要】与经典的理论不同,量子纠缠是量子体系之间非定域性关联, 作为一种重要的物理资源,量子纠缠在量子信息科学中起着关键的作 用。近年来，量子纠缠的研究主要包括以量子纠缠的制备、量子纠缠 的度量和量子纠缠的利用三个方面。人们通过不同的量子体系，如腔 QED,离子阱，线性光学系统等,实现了纠缠的制备。量子纠缠的度量是 对体系所带纠缠量的定量描述，尽管人们对纠缠的度量不断进行深入 的研究，但对两体纠缠度的描述是比较完善的，而对于多体纠缠度的描 述仍然是不明确的。因此，对于多体纠缠的度量的探究仍是需要逐步 完善的课题。量子纠缠在动力学演化过程中会表现出一些特性，如纠 缠猝死(e

2、ntanglementsuddendeath(ESD)、纠缠恢复 (revivalofentanglement) 和 纠 缠 忽 然 产 生 (entanglementsuddenbirth(ESB)。这些特性与消相干行为不同，后者表 现出一种无限时间内的渐进过程,而前者则是在有限时间内的忽然变 化。尽管这些现象引起了人们的大量研究，但对于其原因的解释还没 有统一的结论。腔量子电动力学(CQED)主要研究微腔中光场和物质 (如原子、分子和离子等)相互作用,它为纠缠的研究提供了一个很好的 量子体系。利用CQED系统可以实现原子与光子之间的信息转换，这 意味着静止量子比特(qubits)和飞行量子

3、比特之间的信息的转换，从而 实现量子信息传递、储存和操作过程，最终将这些过程应用于量子网 络构建。为了更好地演示量子网络，有必要将单腔的QED系统进一步 拓展至双腔乃至多腔的情况，从而实现原子的空间分离。分离的双腔 系统，如双J-C模型，是实现原子空间分离的一种基本的模型，研究其在 不同腔场环境中的纠缠动力学演化有助于我们对纠缠特性和纠缠影 响因素的认识。量子系统不可避免的与环境发生相互作用，这些实际 存在的因素，如原子和腔的衰减等,会影响我们的纠缠的控制与利用。因此完全考虑这些作用的影响是我们所必须面对的研究课题。本文首 先介绍了纠缠的定性和定量描述，前者指怎么判定纠缠,后者指纠缠的 度量。

4、关于纠缠的度量，我们主要介绍了描述两体纠缠纯态的部分熵 纠缠度和两体纠缠的Concurrence。接着我们介绍了不同系统中纠缠 所表现出的三个特性，此后的研究了不同腔场环境中原子间纠缠的演 化，从中分析出这些特征会受到平均光子数、失谐及原子衰减的影响。 在压缩真空环境中，我们可以通过减小平均光子数、增大失谐或原子 的衰减来减弱ESD。另外，当平均光子数足够大时，消失的纠缠不再恢 复；增大失谐可以稳定纠缠；原子的衰减越强，纠缠的衰减也越快。【关 键词】ConcurrrenceESDESB压缩真空场平均光子数原子衰减【学位授予单位】山西大学【学位级别】硕士【学位授予年份】2013【分类号】O431

5、.2【目录】 中文摘要8-10ABSTRACT10-12第一章绪论12-14第二章 量子纠缠的定性和定量描述14-202.1引言142.2定性描述14-162.2.1 纯态纠缠和混态纠缠14-152.2.2纯态分离判据 15-162.2.3Peres-Horodecki 判据 162.3 定量描述 16-192.3.1 部分熵 172.3.2Concurrence17-192.4本章小结19-20第三章双J-C模型在真空 场中的演化20-273.1引言203.2J-C模型20-223.2.1J-C模型在真空场 中的演化20-213.2.2J-C模型在Fock态光场中的演化21-223.3双J-

6、C 模型22-263.3.1两原子初态为|_(AB)22-243.3.2两原子初态为 |6_(AB)24-263.4本章小结26-27第四章纠缠特性27-344.1引言274.2 纠缠猝死274.3纠缠恢复27-284.4纠缠忽然产生28-334.5本章小结 33-34第五章双J-C模型在压缩真空光场中演化及纠缠34-445.1引言 345.2双J-C模型在压缩真空场中的演化34-405.2.1两原子初态为 |T_(AB)34-355.2.2 两原子初态为 |6_(AB)35-365.2.3 结果与讨论 36-405.3双J-C模型在FOCK态光场和热光场中的演化40-435.3.1双 J-C模型在Fock态光场中演化及纠缠40-415.3.2双J-C模型在热光场 中演化及