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1935年,Einstein、Podolsky和Rosen提出了著名的EPR佯谬,量子纠缠态的概念由此产生。量子纠缠是量子力学最突出的性质之一,它在量子信息学中的各个领域都具有重要的作用,量子纠缠态的产生和操纵日益受到人们的关注。近年来,以量子通讯和量子计算为主要内容的量子信息学作为一门新兴学科日益发展起来,尤其是在实验中取得的令人瞩目的成就推动了量子光学和量子信息学理论研究的进一步深化。量子纠缠态在量子计算、量子通信等领域的初步应用极大地推动了量子光学和量子信息学基本理论的发展。
在量子信息处理中,由于量子系统与环境之间不可避免的耦合,使得量子系统的一些特性如纠缠、相干性及非定域性随着时间的推移逐渐衰减。研究纠缠、相干性及非定域性这些量子特性随时间的演化具有重要意义。本文主要研究了一系列原子和光场作用中的有关量子光学和量子信息问题。论文的主要内容包括以下几个方面:
1、研究了非关联双模相干场与耦合双原子多光子相互作用过程中原子布居差的时间演化规律。结果表明,当两原子初始处于1/√2(|+,->-|-,+>)态时,原子粒子布居差恒为零;当两原子初始时刻的状态为其它三个Bell态时,原子粒子布居差的时间演化强烈依赖于原子间的偶极—偶极相互作用强度、场—原子间的耦合系数以及原子的跃迁光子数。随着原子间的偶极—偶极相互作用的增强,原子跃迁光子数的增加,原子布居差的时间演化中,Rabi型振荡的频率都会明显加快,并且当原子间的偶极—偶极相互作用强度足够大时,原子布居差的崩塌—回复现象就会消失。
2、研究了存在相位退相干时原子与光场相互作用的纠缠演化和保持。研究发现,不存在相位退相干时,纠缠的时间演化明显受到失谐量的影响,若选取适当的失谐量,系统的纠缠可长时间保持在最大纠缠态。若考虑相位退相干的影响,则在共振情况下系统纠缠的时间演化是一个逐渐衰减的过程,且最终衰减到零;但若存在适当的失谐量,则在初始一段时间内系统的纠缠也是一个波动幅度逐渐衰减的过程,但随着时间的演化,失谐量抵消了相位退相干的影响,使系统的纠缠不再衰减到零。如果增大失谐量,纠缠在初始一段时间内波动的幅度会相应的减小,并且纠缠趋于稳定的时间也随着失谐量的增大而缩短;当失谐量适当时,系统可保持在纠缠相对较大的状态而无消纠缠态。
3、采用非旋波近似,讨论了热库中二态量子系统在外加驱动场作用下的退相干性。利用系统的演化酉算符,计算出了二态量子系统的约化密度矩阵非对角矩阵元,确定了外加驱动场与退相干性之间的关系,并得到了外加驱动场的时间演化满足特定条件时,可保持系统的相干性。