量子稠密编码在记忆性耗散环境下的自旋链中的理论实现

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无论是哪个量子系统都不能跟外界隔离开来独立存在的,真正的量子系统都会与外部环境产生相互作用。从而其中出来量子系统退相干的概念。探究开放量子体系的退相干特性和动力学行为,我们必定要慎重思考其所处库的特点,库的种类不一样会出现彻底相似的的动力学研究成果。解决开放量子系统的传统方法通常只考虑系统和环境之间的弱耦合,并将该库视为没有记忆效应的马尔可夫过程。所以对探究量子开放系统的非马尔科夫动力学及其相关的反馈抑制具有重要的理论和实际意义。尽人皆知,量子纠缠是量子力学中重要的特性。量子纠缠近年来得到了深入的研究,由于它在诸如量子密集编码,量子隐形传态和量子密钥分配等量子信息处理过程当中起着紧要作用。量子纠缠是通过量子纠缠态的帮助下实现的,量子纠缠态是量子信息中最受欢迎的主题之一。本文所分析的系统是一个开放的量子系统。根据环境的特点,开放量子系统的演化划为两个根本过程,即马尔科夫和非马尔科夫。本文主要是研究了非马尔科夫环境下海森堡XXZ模型和海森堡XX模型中的量子稠密编码的理论实现。本论文主要利用非马尔科夫量子态扩散(Quantum State Diffusion)方法,处理开放量子体系的精确动力学演化不受耦合强度,关联时间及库的谱密度的影响。其在数值上处理一个随机的纯态,能够极大的提高计算效率,适合处理较复杂的模型。论文一共分为四章内容。第一章,简单解释了最近几年里量子信息论的发展情况和量子信息的一些基本知识。第二章除了解释量子开放系统的基础知识,马尔科夫环境和非马尔科夫环境的概念及两者区别以为,还介绍了本文采用的主要方法-非马尔科夫量子态扩散(QSD)方法、理论推导和它的一些优点。第三章解释了量子密集编码的概念、成长历史和量子密集编码的基础原理。第四章研究了利用海森堡XX模型和XXZ模型进行量子密集编码时非马尔科夫效应对编码过程的影响。进一步研究了有磁场和DM相互作用时非马尔科夫效应对进行量子密集编码的两比特海森堡XXZ自旋链的影响。利用量子密集编码信道容量的定义式来计算了量子密集编码的信道容量与别的系数之间的关系。通过不同初态,环境噪音关联系数g,XY平面的耦合常数Jxy,z方向的耦合常数Jz对最佳密集编码信道容量的作用进行了比较,发现了在不同初始态下参数g的减少能够有效地增加量子密集编码信道容量,非马尔科夫记忆效应对于信道容量发挥到积极作用;初态为(?)时,增大Jx y对密集编码信道容量起消极作用,Jz对密集编码信道容量其积极作用;对于初态(?)对密集编码信道容量起到积极作用,反之Jz起到消极作用。此外,量子通道为分离态时环境噪音关联系数g影响下,系统密集编码信道容量随时间逐渐提高,长时间极限下将趋于大于1的稳定值,仍优于经典通信的信道容量。后来还分析了外部磁场和DM相互作用两qubit海森堡XXZ模块中完成量子密集编码的影响。结果表明:DM相互作用对量子稠密编码信道容量起到积极作用。从研究成果得出,利用可控参数不同的组合可以达到长时间保持高的量子密集编码的信道容量,从而确定最优量子密集编码所需的可控参数。
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