热平衡态三比特海森堡XXZ模型实现量子稠密编码

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量子信息是一门量子力学与信息论的交叉学科。作为量子力学最突出的应用,量子信息提供了验证量子力学有些推论的工具。利用微观粒子量子状态表示的信息称为量子信息。微观世界中量子具有宏观世界无法解释的微观客体的许多特性,这些特性集中表现在量子的状态属性上,如量子态的叠加性,量子的纠缠,量子态的不可克隆,波粒二象性以及量子客体的测量将导致量子态波包坍缩等现象。这些奇异的现象来自于微观世界中微观客体之间存在的相互干涉,即所谓的量子相干特性。量子信息学是以量子力学基本原理为基础,通过量子系统的各种相干特性(如;量子并行,量子纠缠和量子不可克隆等)研究信息存储、编码、计算和传输等行为的理论体系。利用微观粒子的量子态叠加及相干特性能够实现,未来计算机的超高速并行计算;利用微观粒子的量子态纠缠,量子态不可克隆的量子力学特性能够实现不可破译,不可窃听的保密通信。  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。作为量子纠缠态最突出的应用,量子稠密编码被提出以来引起关注。我的学长们分别在JC模型和两比特海森堡模型中研究过量子稠密编码的实现。本文主要研究在热平衡态三比特海森堡模型中实现量子稠密编码。  论文一共分为三章。第一和第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。第三章主要研究用三比特海森堡XXZ模型实现量子稠密编码。使用的量子信道是三比特海森堡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,非均匀磁场中利用三比特海森堡XXZ模型实现量子稠密编码的理论问题。通过数值计算得出了该模型平面上的耦合常数J的增大可以有效提高稠密编码信道容量的结论。不仅如此,J还可以有效抵抗外加磁场的负面作用,尤其是在铁磁情形下此效果更为明显。因此,如果在实际当中需要引入外加磁场,可以通过参数J把磁场对稠密编码的负面作用降低。
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