量子信息中的纠缠，非定域性及隐形传态等问题的研究

论文摘要

量子纠缠和非定域性的研究是量子力学的基础理论问题。从1935年爱因斯坦等人提出的EPR纠缠态到Bell不等式的提出以及后来的实验检验,经历了半个多世纪的历程,人们认识到量子纠缠态能展现经典物理所不能解释的非定域关联。90年代以来,随着量子信息论的兴起和发展,量子纠缠又展示了重要的应用前景。纠缠可以作为基本的信息源,在量子计算和通信领域起着核心地位。但量子纠缠和非定域性容易被环境诱导的退相干效应所破坏,这是实现量子计算和通信的基本障碍。本文主要研究了在退相干条件下连续变量系统的纠缠,非定域性的演化,隐形传态问题,以及原子和光场相互作用系统的纠缠动力学。本文主要的结果如下：1.在第二章中,我们简要介绍了量子纠缠,非定域性,量子隐形传态,以及退相干的一些背景知识。首先回顾了量子非定域的理论研究和实验检验的历史,Bell不等式及其在高维系统和连续变量系统的推广。接着我们介绍了量子纠缠的概念和纠缠的几种度量,包括Von Neumann熵,形成纠缠,蒸馏纠缠,纠缠相对熵,以及Log-negativity等。我们还介绍了量子纠缠在量子通信中的一种重要应用-量子隐形传态。最后介绍了量子退相干的几种机制。2.在第三章中,我们研究了配对猫态及两模负二项式态在相位退相干条件下的纠缠性质和Bell不等式的破坏。我们发现系统的纠缠度和非定域性随退相干时间的增大而减少,有限时间内始终有可蒸馏纠缠和非定域性存在。我们对两模负二项式态在隐形传态中应用也进行了研究,并考虑了相位退相干对保真度的影响。不同的初态参数对纠缠,非定域性及保真度的影响也进行了研究。3.在第四章中,我们研究了配对猫态和配对相干态在振幅退相干条件下的纠缠性质,Bell不等式的破坏。我们发现系统的纠缠度和非定域性随退相干时间的增大而减少。与相位退相干不同的是,一定时间后,Bell不等式不再被破坏。我们研究了这一特征时间对初态参数和环境温度的依赖行为,发现环境温度越高,非定域性越容易被破坏,而且可以通过调节初态参数来调节这一特征时间。配对相干态和配对猫态在隐形传态中应用也进行了研究,并考虑了热环境对保真度的影响。不同的初态参数和环境温度对纠缠,非定域性及保真度的演化性质的影响也进行了研究。4.在第五章中,我们研究了（?）位型级联三能级原子与光场相互作用系统的纠缠动力学。我们首先得到了系统的精确解,并利用Log-Negtativity作为度量研究了纠缠的演化,讨论了不同的初态参数和失谐对纠缠度的影响。我们发现失谐可以作为一个控制参数来调节腔场和原子之间的纠缠性质。在相位退相干条件下,我们发现可以存在稳态纠缠,我们研究了不同的初态参数及失谐对稳态纠缠的影响。失谐可以作为一个控制参数来调节稳态纠缠的性质。我们还发现多光子过程可以扩大存在稳态纠缠的初态参数范围。

论文目录

• 摘要
• 目录
• 第一章 绪论
• 参考文献
• 第二章 量子非定域性,纠缠,隐形传态和退相干
• 2.1 量子非定域性
• 2.1.1 Bell理论和CHSH不等式
• 2.1.2 任意d×d维系统的Bell不等式
• 2.1.3 连续变量系统的Bell不等式
• 2.2 纠缠的度量
• 2.2.1 两体纯态的纠缠度和Von Neumann熵
• 2.2.2 混合态的纠缠度
• 2.3 量子隐形传态
• 2.4 退相干
• 参考文献
• 第三章 相位退相干条件下连续变量系统的纠缠,非定域性和量子隐形传态
• 3.1 引言
• 3.2 相位退相干条件下配对猫态的非定域性和量子纠缠
• 3.3 两模关联负二项式态的非定域性,纠缠和隐形传态
• 3.3.1 相位退相干通道中两模关联负二项式态的相对熵
• 3.3.2 相位退相干通道中以关联负二项式态为纠缠源的量子隐形传态
• 3.3.3 相位退相干条件下关联负二项式态的量子非定域性
• 3.3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 振幅退相干条件下连续变量系统的纠缠,非定域性和量子隐形传态
• 4.1 引言
• 4.2 热环境中配对相干态的纠缠,非定域性和隐形传态
• 4.2.1 主方程的解
• 4.2.2 热环境中配对相干态的log-negativity
• 4.2.3 热环境中配对相干态的Bell破坏
• 4.2.4 热环境中以配对相干态为纠缠源的隐形传态
• 4.2.5 结论
• 4.3 热环境中配对猫态的Bell破坏和纠缠
• 4.4 振幅退相干通道中配对猫态的纠缠和隐形传态
• 参考文献
• 第五章 腔场和三位型三能级原子间的纠缠
• 5.1 引言
• 5.2 腔场和三能级原子间的纠缠
• 5.3 腔场和三能级原子相互作用系统的稳态纠缠
• 5.4 三能级原子与两模腔场相互作用系统的纠缠动力学
• 参考文献
• 总结与展望
• 博士期间完成的文章
• 致谢