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文档简介

开放量子系统纠缠鲁棒性的研究量子信息和量子计算是量子力学与经典信息论、计算机科学等相结合的新兴交叉学科,是当前科学研究的重要领域。量子纠缠是实现量子信息与量子计算的不可缺少的物理资源。它是指两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联,也是量子力学区别于经典力学的一个本质特征。在诸如量子计算、量子安全直接通信、量子隐形传态、量子稠密编码和量子密钥分配等许多潜在的应用中量子纠缠都处于核心位置,。然而,绝对封闭的量子系统是不存在的,真实的量子系统都不可避免地会受到外界环境的影响,从而引起退相干现象,破坏用于量子信息处理任务的量子系统的初始纠缠。对两量子比特系统而言,一个极重要的退相干现象就是纠缠突然死亡,它是指由于局域噪声环境的影响,复合系统的纠缠在有限的时间内减少到零的现象。这一现象已经得到实验验证。因此,研究各种不同环境下纠缠的抗噪声能力以及纠缠的鲁棒性,是量子信息处理过程中的一个根本问题,引起了人们极大的关注。近年来,相关的研究工作取得了很大进展。对开放系统量子纠缠演化和量子纠缠鲁棒性的深入研究能够促进包括量子门的构建、量子系统的演化速度、量子态保真度和量子通信效率等许多量子信息分支的发展。对开放量子系统纠缠鲁棒性的研究不仅有助于人们对量子纠缠更深刻的认识和理解,也有助于人们更好地利用量子信息技术。本论文系统、深入地研究开放系统的纠缠鲁棒性,得出了一系列重要结论。论文主要内容如下:1.两体纠缠系统是最简单也是最基本的纠缠系统,对两体纠缠动力学的探索是深入理解纠缠演化规律的前提。本论文通过数值计算和解析的方法对qubit-qudit复合系统纠缠鲁棒性进行了详尽的研究。对于退极化通道,本文给出了任意qubit-qudit系统纠缠演化过程的解析表达式;并发现具有相同初始纠缠的任意qubit-qudit纯态的鲁棒性随着qudit子系统维度d的增加而增强。在退相位通道下,发现d=3,4,(43),12的qubit-qudit系统退相干过程鲁棒性最强的态和鲁棒性最弱的态,且最强态和最弱态的鲁棒性均与qudit子系统的维度d无关。2.本论文还研究三量子比特纯态在三种不同退相干通道,即振幅阻尼、退相位和比特翻转通道下的纠缠鲁棒性。发现了在三种退相干过程中最强的真正三体纠缠态和最弱的真正三体纠缠态,二者之间虽然鲁棒性差异最大,却是彼此局域幺正相等的,因此它们具有相同的纠缠属性。本论文的结果表明在一些特殊的实际环境中,局域幺正操作可以最大程度地提高三体纠缠的动力学强度。3.纠缠作为量子信息处理的基本资源,在实际应用当中,多体的纠缠具有更高的潜在的应用价值。本论文深入研究了n量子比特(n=2,4,5,6,7)纯态在退相位通道和比特翻转通道下退相干过程的纠缠鲁棒性,发现退相干过程最强的n量子比特纠缠态和最脆弱的n量子比特纠缠态,并且它们在一定局域幺正操作下是等价的,因

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