玻色模纠缠相干态量子非定域关联的研究

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量子纠缠,是量子力学中最突出特征之一,也是量子计算和量子信息当中一种至关重要的资源。在各种谐振子的纠缠态中,两模或者多模纠缠相干态引起了人们广泛的关注。一方面,这种纠缠态存在很强的量子相干效应,表现为相空间中的干涉条纹和Wigner函数的负值。另一方面,当纠缠相干态中的每个谐振子近似正交时还可以看作是两比特或者多比特纠缠态,可作为量子计算的资源。这些量子效应和应用与这些态固有的非定域关联密切相关,表现为对Bell不等式的违反。然而在已有的方案当中,对不等式的违背程度受到系统尺度的限制,即使纠缠态的幅度接近最大时这种违背也不会达到最大值。在本文中,我们针对纠缠相干态提出了一种新的Bell关联算符。基于这种算符,当系统纠缠相干态的幅度比较小时,得到的Bell信号也能接近量子力学上限。接着,我们进一步构造了针对多模纠缠相干态的关联算符(MK不等式),利用这种算符得到的MK信号即使在各模的平均量子数不超过1时也能达到最大值。同时我们还发现,这种关联算符对不等式的违背程度会随纠缠模数的增加呈显出指数式的增长。因此,我们的研究结果对于理论和实验研究玻色模纠缠相干态的量子非定域性都具有重要的意义。本文共分为五章,整篇论文的具体内容安排为:第一章中,我们首先介绍了定域隐参量理论,包括EPR佯谬,Bohm模型,和隐参量模型等基本理论。然后我们介绍了Bell不等式和CHSH不等式的构造,以及无不等式的Bell定理。第二章中,我们介绍了量子纠缠,相干态,以及纠缠相干态的基本概念,以及纠缠相干态的非经典性质和实际应用,并给出了一种制备纠缠相干态的方案。第三章中我们研究了两体连续变量纠缠态的非定域关联,主要研究了连续变量的双模纠缠相干态,以及对其非定域性检测的方案。我们也提出了一种新的Bell关联算符,并给出了利用这种算符构造对称和非对称的双模纠缠相干态的Bell-CHSH不等式。此外我们还给出了用于检测非定域关联的相位门方案。第四章中我们研究了多体连续变量纠缠态的非定域关联。首先介绍了多比特纠缠态的Mermin不等式,然后我们利用旋转宇称算符构造了多模纠缠相干态的MK不等式,并对不同玻色模数的纠缠相干态所得到的MK信号进行了数值模拟。利用这种算符得到的MK信号即使在各模的平均量子数不超过1时也能达到最大值,且对MK不等式的违背程度随纠缠模数的增加呈指数增长。在论文的最后,我们给出了全文总结和展望。
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