基于量子反馈的消相干与消纠缠抑制研究

【摘要】众所周知,量子信息是基于量子物理原理的信息处理方式。由于量子系统与环境之间的相互作用,量子系统的相干性及纠缠会不可避免的受到退相干作用的破坏,从而成为实现量子信息处理的最大障碍。然而,实际的量子信息处理效率都是依赖于量子系统的相干性和纠缠,那么保持量子系统的相干性和纠缠就显得非常重要。针对以上问题,在简单分析量子反馈控制和量子消相干抑制两者间关系的基础上,研究开放量子系统中主方程模型所描述的消相干因素的物理机理和表达方式,并设计相应的反馈控制方案实现其相干和纠缠的保持。本论文利用量子跃迁反馈和数值计算方法研究了开放量子系统的退相干效应的抑制和相应的纠缠控制问题,论文主要成果包括：(1)利用量子反馈控制研究两量子比特的二能级马尔科夫系统的退相干抑制问题。基于量子跃迁反馈技术和数值模拟的方法,详细讨论了量子跃迁反馈方案对处于混合纠缠态的两耦合量子比特系统(第一个比特没有衰减,第二个比特有衰减,且二者之间的耦合也会导致第一个比特的消相干)的相干性和纠缠动力学的影响；结果表明对第二个量子比特实施的跃迁反馈能够有效保护第一个比特的相干性和两比特之间的纠缠。(2)考虑在耗散情形下设计一个反馈方案来控制和稳定三粒子纠缠,且系统初态选取GHZ态和W态。将三个全同的二能级原子放入一个高阻尼单模腔中,三个原子之间无相互作用。三原子中的两原子纠缠和三原子的纠缠分别用Concurrence和Negativity度量。利用量子反馈来稳定和保护两粒子及三粒子纠缠,并且延迟纠缠突然死亡(ESD)的时间。采用不同的反馈方案,研究不同初始态系统的相干性和纠缠动力学。GHZ态与W态中的两体纠缠最大的不同就是当不加反馈时两粒子纠缠动力学有所不同。当初始态为W态时,两粒子纠缠最终衰减为零且不会恢复；然而初始态为GHZ态时,两粒子的纠缠会从零复苏,在一段时间后再衰减为零,且不会再复活。基于量子跃迁的反馈方案对初始处于纠缠态(GHZ态和W态)的三个原子的三体纠缠动力学的控制结果表明反馈不论作用到一个原子或两个原子或三个原子上都可以从纠缠死亡中唤醒两体或三体纠缠。对应不同初始态的反馈方案对两体纠缠的作用效果不同是由GHZ态、W态的纠缠特性不同决定的。此外,当初始态为GHZ态或W态时,所有的反馈方案都能够使三原子系统的两体纠缠和三体纠缠最终趋于一个稳定值。
【作者】周玲；
【导师】杨名；杨青；
【作者基本信息】安徽大学，光学，2014，硕士
【关键词】开放量子系统；量子相干；量子纠缠；量子跃迁反馈；

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