连续变量纠缠在原子和磁振子系统中的理论研究

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量子信息学作为新兴学科在国际上兴起是在1994年之后,虽然时间很短,但已取得一系列的重要突破。量子信息学主要包括了量子信息论、量子通信、量子光通信和量子算法与量子计算等等。近年来,量子信息在理论上和实验上都取得了重大进展,已经引起各国政府、科学界和信息产业界的高度重视。量子纠缠是量子信息学中最基础、最核心的部分,其作为几乎所有量子信息处理任务中都不可缺少的物理资源,吸引了众多物理学家的巨大兴趣。近来,有关连续变量纠缠态的制备及其在量子信息处理中的应用成为量子光学和量子信息科学的前沿研究领域。连续变量纠缠态性质的研究不仅可以用于验证量子力学的基本原理,而且还是量子信息处理的基本资源。因此,如何制备出连续变量纠缠态引起了人们的广泛关注。本论文主要呈现的是几种连续变量系统纠缠性质的理论研究,研究内容分三大部分:第一部分,利用连续变量系统的双模纠缠判据,分别研究了三能级梯形原子系统的稳态与瞬态的量子纠缠性质。通过在原子的两个能级之间施加一个相干外驱动场,使原子能级之间跃迁的两个不同频率的光场发生纠缠。研究发现泵浦强度、原子与光场之间的耦合系数等对系统的纠缠性质起着积极作用,而失谐量、原子的衰减系数及腔的衰减系数对系统的纠缠性质起着抑制作用。在此基础上,还研究了三能级梯形原子系统中量子纠缠与Bell不等式的违背之间的关系,发现该系统中存在有些量子纠缠态并没有违背Bell不等式。第二部分,分别研究了反铁磁体与铁磁体中磁振子的纠缠特性。通过求解时间演化算符,得到产生湮灭算符的时间演化关系,然后得到自旋分量的量子涨落表达式。依据量子纠缠判据,研究发现反铁磁体中两束向不同方向传播的自旋波之间会产生周期性的纠缠,铁磁体中沿同方向传播的两束不同能量的自旋波之间也会产生周期性的纠缠。第三部分,分别研究了压缩相干态与叠加相干态的量子纠缠性质。对于压缩相干态,量子纠缠仅与压缩参数与压缩角有关,与平移参数无关;对于叠加相干态,量子纠缠会受到相干振幅、相位角及相对相位的取值影响。
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