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量子退相干及其纠缠态的制备 【摘要】：近些年来 ,以量子力学为基础的量子信息学以其独特的性质 引起了人们广泛的关注 ,它显示了经典信息学所无法比拟的优越性 ,具 有潜在的巨大应用价值 ,甚至会引起划时代的信息产业革命。量子信 息科学中用量子态表示信息 ,由于量子态满足相干叠加原理 ,从而导致 纠缠态的存在。为了利用纠缠 ,纠缠态的制备成为量子信息学中重要 的研究内容 ,现今人们在实验上已经实现了一些重要的纠缠态 ,并取得 了许多令人瞩目的成就 ,但是对多粒子纠缠的制备问题还处于不断的 努力探索之中。在实际的量子系统中 ,环境的影响是不可避免的。环 境导致的量子退相干以及由此引发的退纠缠效应是实现通用量子计 算机的绊脚石。因此 ,确切知道量子退相干是如何破坏物体的相干性 , 对量子信息科学发展至关重要。现今 ,量子退相干成为理论界和实验 界的研究热点之一。 本文着重研究了量子退相干及多粒子纠缠态的制 备问题 ,并进行了一些讨论 ,主要内容如下 :1、用短时近似方法研究了 约瑟夫森电荷量子比特中的量子 Hadamard 门的退相干问题 ,我们发 现最大偏离算子范数和先前文献有相同的表达式 ,并进一步说明了无 论系统的初始态是什么 ,都能够在 DiVincenzo 低退相干的要求下 ,完成 Hadamard 门操作 ,从而证实了约瑟夫森装置是一个很好的量子计算装 置。2 、在一般的自旋 -玻色模型中 ,我们研究了混态纠缠的时间演化行 为 ,并讨论了现今引起很大关注的纠缠猝死现象。结果表明 ,纠缠衰减 不但依赖于温度而且依赖于环境和系统间的耦合强度 ,且混态纠缠衰 减因子和纯态有相同的形式。 3、借助于主方程方法 ,我们讨论了 EPR 系统中与各自腔场相互作用的两粒子纠缠动力学问题 ,发现环境导致 的纠缠猝死现象与系统的初始态以及平均光子数有关。 通过对纠缠度 量和系统能量转移的时间演化分析 ,我们得出最大纠缠度对应着 EPR 系统的最小能量 ,且它们之间的时间变化既不是一对一 ,也不是同步的 关系 ,甚至在没有初始纠缠的情况下 ,仍有能量转移现象发生的结论。 这从侧面反映出了 ,用能量变化来表征纠缠猝死现象至少在我们的模 型中是行不通的。 4、通过分析腔场驱动下开放系统中的两能级双量 子点的激子纠缠动力学 ,我们获得以激子 -光子耦合 g_(1,2)、声子布局 数 N_(1,2)、黄昆 -里斯因子 λ_(1,2)为变量的纠缠度量 —concurrence 的 函数表达式 ,发现纠缠猝死现象可以通过这些相关的参数来调控 ,从中 说明了抑制纠缠猝死的条件。 5、基于经典外场驱动的多原子微波腔 量子电动力学系统 ,我们提出了一种产生多原子纠缠态的理论方案。 该方案通过单步操作即可完成 , 由于采用了大失谐