论文部分内容阅读
量子行走作为经典随机行走在量子理论中的推广,不仅是设计高效量子算法的理论基础,而且是模拟各种量子现象的一个广阔平台。本文就分离时间量子行走的操控,以及无序效应对量子行走传输和纠缠特性的影响进行研究,期待为复杂物理系统的动力学模拟提供理论依据。 本文首先在经典随机行走的基础上分别给出分离时间量子行走和连续时间量子行走两种形式的基本理论形式,简单介绍在不同量子系统中实现量子行走的基本原理,并以一维无限长格点线上的分离时间量子行走在硬币空间的退相干为例,说明量子行走和经典随机行走本质的区别在于量子相干性。 接着详细研究相位修正的分离时间量子行走,即量子行走在每一步演化过程中获得一个与位置线性相关的相位。这一修正使得量子行走表现出量子共振和动力学局域化特征,由此可以实现量子态的操控。当相位是2?有理分数倍时,恢复定理表明相位修正的量子行走经过一个准周期恢复到初始位置的几率的衰减量由硬币算符对角矩阵元的大小对恢复周期的幂次方决定。通过计算量子行走演化一个周期后的态矢量与初始态矢量之间的范数,把这一恢复定理的证明过程推广到包含硬币算符行列式为1和-1的两种情况;当相位是2?无理分数倍时,或者可以通过连续分数展开的方法作有理数近似,或者粒子会以一定的几率动力学局域化于初始位置。 最后,分别在一维无限长(开边界)和有限长(反射边界)格点线上的分离时间量子行走中,通过静态和动态两种方式随机地断开连接边引入无序效应,研究了静态逾渗和动态逾渗对量子行走传输特性以及位置自由度和硬币自由度之间纠缠的影响。在无限长格点线上,静态逾渗会使得量子行走从弹道传输转变为安德森局域化,同时使得纠缠减小,并随着时间作无规律振荡;而动态逾渗则会使量子行走转变为经典随机行走,且纠缠随着时间光滑增加,渐进地趋于最大纠缠。对于反射边界的量子行走,若初态为局域态,同样只有动态逾渗能够增强纠缠,而静态无序则不会使纠缠增强。但当初态为非局域态时,由于没有逾渗时的纠缠值大幅减小,致使静态逾渗和动态逾渗都能够增强纠缠。