原子—腔场相互作用系统的量子纠缠与纠缠交换

论文摘要

量子信息学是量子物理学与信息科学相结合的产物,是国际上新近建立的一门新兴交叉学科。量子信息学主要包括:量子态的操控与制备、量子隐形传态、量子通信与量子光通信、量子编码与量子密集编码、量子克隆与量子概率克隆、量子算法与量子计算、量子控制与量子识别、量子测量与量子非破坏测量、以及量子纠缠与纠缠交换等研究领域。其中,量子纠缠与量子交换是当前国际量子信息学学科领域的一个十分活跃的前沿研究课题,对这一课题进行深入探讨具有重大的学术价值和广阔的应用前景。本文利用全量子理论,对原子-腔场相互作用系统的量子纠缠与纠缠交换问题进行了深入系统的研究。主要结果如下:（1）对三粒子GHZ态和W态进行了详细分析。给出了一种特殊的三粒子纠缠态的制备方案,并对其量子纠缠特性进行了详细讨论。（2）研究了两粒子处于EPR态的纠缠双能级原子与单模相干态光场相互作用过程中纠缠控制与纠缠交换问题。（3）研究了三个处于GHZ态的纠缠双能级原子与单模相干态光场相互作用过程中的纠缠控制与纠缠交换问题。（4）研究了三个处于W态的纠缠原子与单模二项式态光场相互作用过程中光场二阶相干度的时间演化特性和光场量子场熵的时间演化特征。本文的研究结果,对于人们进一步从实验上实现量子态的操控与制备、以及纠缠信息的操控与交换等,具有重要的理论指导价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 量子信息学的发展现状
• 1.1.1 纠缠态
• 1.1.2 量子通信
• 1.1.3 量子密码学
• 1.1.4 量子纠错
• 1.1.5 量子计算
• 1.2 国内量子信息学的研究现状和发展动态
• 1.3 本文的主要研究内容及文章结构
• 第二章 量子信息学的理论基础
• 2.1 EPR佯谬
• 2.2 BELL不等式
• 2.3 量子理论非定域性的初步分析
• 2.3.1 非定域性的含义
• 2.3.2 自旋态及其塌缩的非定域性质
• 2.3.3 空间波函数塌缩的非定域性质
• 2.4 两体纯态与混态密度矩阵描述
• 2.4.1 纯态的基本性质
• 2.4.2 混合态的密度矩阵表示
• 2.4.3 Schmidt分解
• 2.5 关于量子纠缠现象的六种基本纠缠度量方法
• 2.5.1 von Neumann熵—纠缠浓缩与纠缠稀释
• 2.5.2 结构纠缠——最小分解
• 2.5.3 提取纠缠
• 2.5.4 相对熵纠缠
• 2.5.5 对数负纠缠
• 2.5.6 纠缠单调
• 第三章 三粒子纠缠纯态及其纠缠特性分析
• 3.1 三粒子GHZ态和W态的基本性质
• 3.2 一种特殊三粒子纠缠态的制备方案极其纠缠特性分析
• 3.2.1 两原子纠缠态的制备
• 3.2.2 三原子纠缠态的制备
• 3.2.3 三原子纠缠态的特性
• 3.3 一些三粒子纠缠态的纠缠特性分析
• 3.4 小结
• 第四章 通过操控腔外纠缠原子来控制腔场的量子纠缠特性
• 4.1 两原子EPR纠缠态与腔场之间的相互作用
• 4.1.1 理论模型与场—原子相互作用系统的联合态矢量
• 4.1.2 与腔场相互作用过程中两纠缠原子的偶极压缩效应
• 4.1.3 数值分析与结果讨论
• 4.2 三原子GHZ纠缠态与腔场之间的相互作用
• 4.2.1 理论模型与场－原子相互作用系统的联合态矢量
• 4.2.2 与腔场相互作用的双能级纠缠双原子的偶极压缩效应
• 4.2.3 数值分析与结果讨论
• 4.3 小结
• 第五章 三原子W态原子与二项式态光场相互作用过程中光场量子统计性质和纠缠性质的时间演化特征
• 5.1 二项式态光场及其性质
• 5.2 理论模型及其精确解析解
• 5.3 光场二阶相干度的时间演化特征-亚泊松光子统计和光子反聚束效应
• 5.4 光场量子场熵的时间演化特性分析
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士在读期间的研究成果