宏观极限下的量子动力学模型的退相干

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量子退相干研究在量子测量领域中具有重要的意义,在测量过程中,不可避免地引入测量仪器,通过被测系统与测量仪器的相互作用,在它们之间形成纠缠。把由系统与仪器组成的系综的密度矩阵约化到被测系统部分,于是自然趋近量子退相干。然而,另一方面,量子信息与量子计算需要稳定的相干叠加态,而退相干是实现它们的障碍,因此,为了获得稳定的相干叠加态,寻找减小退相干的方法成为量子研究领域的重要议题。本论文从理论上推导了退相干因子,随后,通过改变耦合系数,对退相干进行控制。 本论文主要包括两个部分。在第一部分中提出了一类量子动力学模型的退相干过程及其控制,在这部分中,我们将测量仪器与系统间的相互作用分为两种情况来考虑。其一,仅有阻尼相互作用和势能相互作用,此时利用位移算符的性质和相干态的性质很方便地推导了量子动力学模型的相干项(约化密度矩阵的非对角元);其二,考虑的是既有单光子相互作用又有双光子相互作用,这时利用相干态、压缩算符及正则变换等的性质推导出相干项。一方面,在此两种情况下我们得出约化密度矩阵的非对角元是两个相干态的内积,并且在两种特殊情况下我们实现了宏观极限下的退相干。另一方面,我们通过控制相互作用参数来推迟退相干的时间。在第二部分中,我们在双模相位空间里利用双模压缩相干态所对应的算符定义二类独立的相位算符并相应求出本征态,而它的产生算符和湮灭算符是通过简谐振子的产生算符和湮灭算符经过正则变换得到的。我们进一步将它推广到用超对称谐振子的产生算符和湮灭算符来构造适用于超对称谐振子的双摸相位空间里的二类独立的相位算符并相应地求出了其归一化的本征态。 这两部分的共同点,都是利用了纠缠态及其性质。在第一部分中,测量仪器与系统所组成的复合体系的含时的波函数是一个纠缠态,正是由于纠缠态的特殊性质,才导致系统的退相干。在第二部分中,两种相位算符的本征态都是纠缠态。总之,它们都是纠缠态的一种应用。 如果能够控制系统的退相干,我们就可以实现量子通讯和量子计算机,因此是否能够控制退相干具有十分重要的意义。在此我们通过控制相互作用大小和类型来控制系统的退相干,对人们研究量子通信和研制量子计算机具有理论指导意义。
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