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与经典的理论不同,量子纠缠是量子体系之间非定域性关联,作为一种重要的物理资源,量子纠缠在量子信息科学中起着关键的作用。近年来,量子纠缠的研究主要包括以量子纠缠的制备、量子纠缠的度量和量子纠缠的利用三个方面。人们通过不同的量子体系,如腔QED,离子阱,线性光学系统等,实现了纠缠的制备。量子纠缠的度量是对体系所带纠缠量的定量描述,尽管人们对纠缠的度量不断进行深入的研究,但对两体纠缠度的描述是比较完善的,而对于多体纠缠度的描述仍然是不明确的。因此,对于多体纠缠的度量的探究仍是需要逐步完善的课题。量子纠缠在动力学演化过程中会表现出一些特性,如纠缠猝死(entanglement sudden death(ESD))、纠缠恢复(revival of entanglement)和纠缠忽然产生(entanglement sudden birth(ESB))。这些特性与消相干行为不同,后者表现出一种无限时间内的渐进过程,而前者则是在有限时间内的忽然变化。尽管这些现象引起了人们的大量研究,但对于其原因的解释还没有统一的结论。腔量子电动力学(CQED)主要研究微腔中光场和物质(如原子、分子和离子等)相互作用,它为纠缠的研究提供了一个很好的量子体系。利用CQED系统可以实现原子与光子之间的信息转换,这意味着静止量子比特(qubits)和飞行量子比特之间的信息的转换,从而实现量子信息传递、储存和操作过程,最终将这些过程应用于量子网络构建。为了更好地演示量子网络,有必要将单腔的QED系统进一步拓展至双腔乃至多腔的情况,从而实现原子的空间分离。分离的双腔系统,如双J-C模型,是实现原子空间分离的一种基本的模型,研究其在不同腔场环境中的纠缠动力学演化有助于我们对纠缠特性和纠缠影响因素的认识。量子系统不可避免的与环境发生相互作用,这些实际存在的因素,如原子和腔的衰减等,会影响我们的纠缠的控制与利用。因此完全考虑这些作用的影响是我们所必须面对的研究课题。
本文首先介绍了纠缠的定性和定量描述,前者指怎么判定纠缠,后者指纠缠的度量。关于纠缠的度量,我们主要介绍了描述两体纠缠纯态的部分熵纠缠度和两体纠缠的Concurrence。接着我们介绍了不同系统中纠缠所表现出的三个特性,此后的研究了不同腔场环境中原子间纠缠的演化,从中分析出这些特征会受到平均光子数、失谐及原子衰减的影响。在压缩真空环境中,我们可以通过减小平均光子数、增大失谐或原子的衰减来减弱ESD。另外,当平均光子数足够大时,消失的纠缠不再恢复;增大失谐可以稳定纠缠;原子的衰减越强,纠缠的衰减也越快。