腔QED系统中量子纠缠与非定域性的动力学特性研究

论文摘要

量子纠缠和量子态的非定域性是量子力学的两个最显著特征，它们不仅可以用于检验量子力学理论本身，在量子计算、量子通信、量子密码学等量子信息处理过程中也起着非常重要的作用。从1900年Planck提出辐射的量子假说到现在已经过去一百多年了，在这一百多年里，虽然量子理论得到了很大的发展，但是人们对于纠缠和量子态的非定域性这两者的本质并不十分清楚。如何在现有的技术条件下简便地实现量子纠缠是研究的热点之一，另一方面，非局域的量子相干性非常脆弱，它是实现量子信息的主要障碍。此外， Yu和Eberly最新的研究表明，即使仅在真空噪声的影响下，两个纠缠比特也会在有限的时间内完全解纠缠，这就是所谓的纠缠突然死亡（ESD）。在多比特系统中，要证明这样的现象比较困难，但是对于多比特系统，可以用量子态对贝尔不等式的违背程度来讨论其非定域性，贝尔算符的平均值也会出现与纠缠完全消失相似的现象，Jaeger和Ann把它称作贝尔非定域性的突然死亡（BNSD）。因此，系统地研究纠缠与非定域性的动力学特性，从而找出应对的办法是另一研究的热点。本论文基于腔QED系统研究了量子纠缠与非定域性的动力学特性，具体内容包括：（1）基于赝自旋算符的关联所对应的贝尔算符期待值，研究了各种双模非经典态（纠缠相干态、对相干态以及双模压缩真空态）在非简并双光子Jaynes-Cummings （J-C）模型中贝尔非定域性的动力学特性。（2）基于光纤耦合腔QED系统，研究了两个原子比特之间纠缠的崩坍与复原现象，并在此基础上讨论耦合强度及初始条件对纠缠崩坍与复原现象的影响。（3）在两种特定的耦合极限条件下（腔模与光纤模的耦合强度远远大于原子与腔模的耦合强度、腔模与光纤模的耦合强度等于原子与腔模的耦合强度），研究了原子与腔模的失谐量对耦合腔QED系统的动力学演化的影响。（4）在两种不同耦合极限条件下（腔模与光纤模的耦合强度远远大于原子与腔模的耦合强度、腔模与光纤模的耦合强度等于原子与腔模的耦合强度），研究了腔模与光纤模的失谐量对耦合腔QED系统的动力学演化的影响。

论文目录

• 中文摘要
• Abstracts
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 腔量子电动力学（QED）简介
• 1.2 量子相干性、量子纠缠及非定域性
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本次选题的意义
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 非简并双光子 Jaynes-Cummings 模型中贝尔非定域性的演化
• 2.1 引言
• 2.2 非简并双光子 Jaynes-Cummings 模型及态演化
• 2.3 贝尔非定域性的演化
• 2.3.1 基于赝自旋算符构造的贝尔不等式
• 2.3.2 贝尔非定域性的演化
• 2.4 小结
• 第三章 耦合腔 QED 系统纠缠的崩坍与复原
• 3.1 引言
• 3.2 理论模型
• 3.3 纠缠的崩坍与复原
• 3.4 小结
• 第四章 原子与腔模失谐条件下的耦合腔 QED 系统的纠缠动力学
• 4.1 引言
• 4.2 系统的态演化
• 4.3 纠缠与原子-腔模失谐量及耦合强度的关系
• 4.4 小结
• 第五章 腔模与光纤模失谐条件下的耦合腔 QED 系统的纠缠动力学
• 5.1 引言
• 5.2 系统的态演化
• 5.3 纠缠与腔模-光纤模失谐量及耦合强度的关系
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文