量子跃迁反馈控制下开放三能级系统的费舍信息与量子失协

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量子费舍信息与量子失协是目前量子光学和量子信息学研究领域的热点问题。量子费舍信息作为量子度量学的一个非常重要的概念,被用来量化系统在进行参数估计时理论上所能够达到的精度极限;而量子失协量度了比量子纠缠更普遍的量子系统的量子关联。研究初期,一方面人们只注重封闭量子系统中量子费舍信息与量子失协的研究。但是,每个现实的量子系统都不可避免地与其环境发生相互作用,进而导致系统的退相干并大大降低参数估计精度;另一方面,这种研究大多只涉及二能级系统,三能级系统则少见涉及。近来,三能级以上的高维系统的量子费舍信息与量子失协研究引起了人们的广泛关注。本文运用量子跃迁反馈控制来研究三能级量子系统的量子费舍信息与量子失协,得到了一些有创新意义的结果。主要的研究内容和研究结果如下所示:第一章简要介绍了开放量子系统的基本理论,量子反馈控制理论和基于量子跃迁的反馈控制(quantum-jump-based feedback control,之后可以将其简称为QJB反馈控制)的主方程推导。然后阐述了费舍信息及量子失协的概念。第二章研究了QJB反馈控制下耗散qutrit的量子费舍信息动力学。具体研究了在QJB反馈控制单独作用或QJB反馈控制和经典驱动联合作用两种情况下耗散qutrit的量子费舍信息动力学,提出了提高参数估计精度的理论方案。结果表明:QJB反馈控制可以有效地提高参量估计精度。特别是当同时存在反馈控制和经典驱动时,可以更好地提高参数估计的精度。第三章研究了QJB反馈控制下与各自环境耦合的两原子系统的量子失协动力学。研究结果表明:量子失协的保护强烈依赖于量子反馈参数、初始原子态、探测效率和经典驱动的选择。通过设计合适的QJB反馈控制参数,量子失协能得到保护。对于不同的初始状态,发现在适当的参数控制下量子失协的演化是相似的。同时还发现经典驱动,自发辐射和低探测效率不利于量子失协的保护。第四章研究了局域的QJB反馈控制下同时与同一环境耦合的两原子系统的量子失协。研究结果表明,量子失协的产生依赖于量子反馈参数、探测效率和经典驱动的选择。经典驱动在量子失协的产生中起积极作用,但是自发辐射和低检测效率不利于量子失协的产生。值得指出,稳定的量子失协取决于反馈参数,经典驱动和探测效率,而不取决于初始状态。第五章对全文进行总结和展望。
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