纠缠态的制备及纠缠度的计算

论文摘要

我们知道纠缠态是量子信息与量子计算中一种必不可少的物理资源,所以利用物理模型来制备纠缠态显得很有重要。另外,不同模型中制备纠缠态时,其纠缠程度的大小随时间的变化而变化。因此探讨纠缠度的大小随时间的演化规律受哪些因素的影响是一件很有意义的事情。本文首先应用纠缠交换的方法,在受强经典场驱动下,分别研究了两原子和三原子同量子化腔场作用模型中以100%的成功率实现了两原子和三原子纠缠态的产生,而且这个模型的纠缠交换对腔场的衰减与热场是不敏感的。接着我们对两个全同二能级原子通过双光子跃迁与单模辐射场发生相互作用的Tavis-Cummings（T-C）模型中的量子纠缠特性进行了研究。通过数值计算与分析,结果表明:双光子T-C模型的量子纠缠比单光子T-C模型的量子纠缠要保持得好一些;同时分析了双光子T-C模型中原子间偶极-偶极相互作用强度系数、原子与场的耦合系数、光子数对两原子间纠缠特性与场熵的影响。本文的主要工作包括以下内容:1.首先介绍了量子信息在国内外的研究现状及量子纠缠的基本概念和基本理论。2.以原子与量子化腔场及经典场相互作用模型为基础,利用纠缠交换的方法分别实现了两原子和三原子纠缠态的产生。3.讨论了双光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠。本文的创新之处在于我们首先在基于腔QED框架下,利用纠缠交换的方法实现了两原子纠缠态和三原子纠缠态的产生。此方案有两个好处:1.纠缠态的制备对腔场的衰减和热场是不敏感的;2.方案能够以100%的成功率制备两原子纠缠态和三原子纠缠态。然后我们利用部分熵纠缠度、共生纠缠度探讨了双光子T-C模型中的量子纠缠。结果表明:得出了双光子T-C模型的量子纠缠比单光子T-C模型的量子纠缠要保持得好一些,同时分析了双光子T-C模型中原子间偶极-偶极相互作用强度系数、原子与场的耦合系数、光子数对两原子间纠缠特性与场熵的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 第二章 量子纠缠的基本概念和基本理论
• 2.1 EPR佯谬和Bell不等式
• 2.2 量子纠缠态的定义和几种常见的纠缠态
• 2.3 量子纠缠态在量子信息学中的应用
• 2.3.1 量子不可克隆定理
• 2.3.2 量子稠密密码
• 2.3.3 量子隐形传态
• 2.3.4 量子密钥分配
• 2.3.4.1 基于两个非对易可观测量的密钥分配
• 2.3.4.2 以EPR纠缠为基础的量子密钥
• 2.4 量子纠缠的度量方式
• 第三章 利用纠缠交换,在原子与腔场作用的同时受强经典场驱动的模型中制备纠缠态
• 3.1 理论模型
• 3.2 通过纠缠交换实现两原子纠缠态
• 3.3 通过纠缠交换实现三原子纠缠态
• 3.4 本章小结
• 第四章 双光子Tavis-Cummings模型中的量子纠缠
• 4.1 Jaynes-Cummings模型理论
• 4.2 模型与系统、原子约化密度矩阵
• 4.3 两原子间纠缠的数值计算与分析
• 4.4 两原子与场间纠缠的数值计算与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 本文的主要结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间完成的论文