海森堡自旋链中量子退相干对量子稠密编码影响的若干研究

论文摘要

量子信息是由量子理论和现代信息科学的结合而产生得一门新的交叉科学:这一新的学科受到了国内外理论和实验物理学家们的广泛关注,并取得了丰硕的研究成果。量子信息和量子计算理论研究的重要目的就是实现量子稠密编码、量子隐形传态、量子计算机等等。从本质上讲,量子信息利用的是量子态的相干性和纠缠性。然而,量子信息处理过程不可避免地受到量子退相干的影响,从而使得量子相干性遭到破坏、甚至消失。因此量子退相干是实现量子信息,尤其是量子计算的一个重要困难,如何克服它则成了量子信息理论研究的一个重要方面。量子纠缠作为量子信息和量子计算的重要资源,吸引了众多物理学家的巨大兴趣。针对量子纠缠的研究十分广泛,从最基本的定义到量子纠缠的应用以及量子信息处理方案的实验实现等等。量子纠缠动力学是量子纠缠研究的一个重要方面。一般来讲量子纠缠动力学指的是量子纠缠的时间演化规律。量子纠缠演化的研究将有助于人们从动态上把握量子纠缠在量子信息处理中的状态,并进而为准确应用量子纠缠去实现量子信息处理提供理论上的分析和依据。现实中由于量子退相干效应的存在,量子纠缠态的相干性就会衰减,从而导致量子纠缠发生变化。论文一共分为四章。第一、二章介绍量子信息论的发展概况以及关于量子纠缠的一些基本知识。第三章主要研究外磁场对各向异性两比特海森堡XYZ模型中量子稠密编码的影响。使用的量子信道是两比特海森堡XXZ自旋链中的热平衡态。通过量子稠密编码信道容量的表达式分析了每个参数对量子稠密编码的影响,我们发现自旋-自旋偶合常数J+、平均耦合常数J和J z各向异性参数对稠密编码起积极作用,但是磁场均匀性B和非均匀性b却表现出消极作用。除此以外,在这个模型中磁场起到信道容量对各向异性参数的对称性破坏作用。第四章绍量子退相干的基本概念以及基本知识。主要研究量子相位退相干、DM相互作用和磁场的非均匀性b对各向异性两比特海森堡XYZ模型中量子稠密编码的影响。结果表明当系统初始态制备为最大纠缠态（EPR）时总可以实现量子稠密编码,其它初始态不可能实现量子稠密编码或有效量子稠密编码。虽然量子相位退相干随着时间的演化对系统初始态的纠缠度起破坏作用,只要XY平面的自旋-自旋偶合常数J+足够大于b和DM相互作用时可以实现量子稠密编码。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 导言
• 1.1 量子力学及量子信息科学发展的历史
• 1.2 论文选题目的、意义及研究的主要内容
• 2 量子纠缠的简介
• 2.1 量子纠缠的概念及其发展
• 2.1.1 量子比特，量子门以及量子态的基本概念
• 2.1.2 量子纠缠的提出
• 2.1.3 纯态和混态；未关联态、可分离态和纠缠态基本概念
• 2.2 两体系统量子纠缠的性质和度量
• 2.3 量子纠缠的应用
• 2.4 本章小结
• 3 外磁场对量子稠密编码的影响
• 3.1 量子稠密编码的基本原理
• 3.2 两比特海森堡XYZ 模型的哈密顿量
• 3.3 实现量子稠密编码
• 3.4 本章总结
• 4 相位退相干对海森堡模型中量子稠密编码的影响
• 4.1 量子退相干简介
• 4.1.1 量子退相干的基本模型
• 4.1.2 研究量子退相干的方法
• 4.2 固有退相干量子稠密编码的影响
• 4.2.1 系统哈密顿量
• 4.2.2 实现量子稠密编码
• 4.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 后记