运动二能级原子与光场纠缠特性的研究

论文摘要

量子纠缠不仅对了解量子力学的基本概念有着重要的意义,而且它更是一种有用的信息“资源”。它在量子隐行传态、量子密集编码、量子密钥分配以及在量子计算的加速、量子纠错、防错等方面都起着关键作用。在实际问题中,原子与场的耦合系数可能是变化的,因此,探究含运动的二能级原子与光场的纠缠特性有一定的创新性和学术价值。本文应用量子信息熵理论,把标准的Jaynes-Cummings模型扩展到考虑原子运动和不同场模结构以及耦合系数为高斯型的状况,主要对二能级运动原子与光场的纠缠特性进行了研究,并与原子静止时的情况进行了比较。论文主要包括以下五个部分:第一部分主要介绍了量子纠缠的概念、发展史及其在量子信息中的应用价值,并阐述了本文的选题背景、意义和主要工作。第二部分介绍了纠缠理论和压缩真空场及其特点,并将场与原子相互作用的理论模型-标准Jaynes-Cummings推广到原子运动的状况,建立了含原子运动的J-C模型的一般动力学基础,为下面的研究工作奠定了理论基础。第三部分可分为以下三个方面:1.用量子信息理论研究具有原子运动的双光子Jaynes-Cummings模型中运动原子与光场的纠缠特性。结果表明:当运动原子的场模结构参数p取值较小时,系统的纠缠度不具有周期振荡特性;当p取值较大时,系统的纠缠度有明显的周期振荡特性,且振荡周期是原子静止时的两倍;当在运动原子处于基态或激发态时,系统处于消纠缠状态;当运动原子处于相干叠加态时,原子才与场发生纠缠。2.用全量子理论研究了原子运动时两纠缠二能级原子与单模真空场相互作用体系的纠缠特性。研究结果表明:当双原子初始处在EPR态时,三体纠缠量最大值与理想W纠缠态纠缠量相同。场模结构参数p影响三体纠缠量随时间演化的振荡特性,随着p值的逐渐增大,三体纠缠量的平均值将越来越小,体系三体纠缠态也会逐渐趋于消纠缠状态。3.研究了当耦合系数为高斯型分布时运动原子与压缩真空场的纠缠特性,讨论了原子垂直于腔轴的运动、原子初态、压缩参数r对纠缠度的影响。结果发现:原子速度的增大会使原子与光场的有效作用时间变短,纠缠度也将很快达到最大值。压缩参数r对纠缠度的演化曲线有明显的调制作用,当压缩参数取适当值（如r =2）时,系统可长久停留在最大纠缠态、无消纠缠态或持续地处于消纠缠态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 EPR 佯谬
• 1.2 Schro dinger 猫态实验
• 1.3 Bohm 版的 EPR 佯谬
• 1.4 Bell 不等式的提出
• 1.5 本文的选题背景、意义和主要工作
• 第二章 基本理论
• 2.1 纠缠理论
• 2.1.1 纠缠态的定义
• 2.1.2 几种常见的纠缠态
• 2.1.3 von Neumann 熵
• 2.2 压缩真空场
• 2.2.1 压缩相干态的引入
• 2.2.2 压缩真空态
• 2.3 Jaynes－Cummings 模型
• 2.3.1 标准Jaynes－Cummings 模型及态演化
• 2.3.2 几种推广的Jaynes－Cummings 模型
• 第三章 双光子 Jaynes-Cummings 模型中运动原子与光场的纠缠特性
• 3.1 引言
• 3.2 模型与运动方程
• 3.3 纠缠度的计算
• 3.4 纠缠度与反转粒子数的时间演化
• 3.4.1 纠缠度受场模结构参数的影响
• 3.4.2 纠缠度受原子反转粒子数的影响
• 3.5 结论
• 第四章 Tavis-Cummings 模型中原子运动时三体纠缠量的演化特性
• 4.1 引言
• 4.2 原子运动时T-C 模型中态矢的演化
• 4.3 数值计算与理论分析
• 4.3.1 三体纠缠量受两运动原子初始状态的影响
• 4.3.2 三体纠缠量受场模结构参数的影响
• 4.4 结论
• 第五章 高斯型耦合下运动原子与压缩真空场的纠缠特性
• 5.1 引言
• 5.2 模型及态矢
• 5.3 计算结果与讨论
• 5.4 结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研项目
• 致谢