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量子信息论是近年来迅速发展起来的一门交叉学科,量子纠缠作为量子信息的重要资源之一,在实现量子信息处理的过程中,如量子密码术,量子通讯,量子计算等方面发挥了重要作用。由于固态系统具有体积小、易集成等优点,固态自旋系统中量子纠缠的产生与操控就成为人们十分感兴趣的研究课题之一。本文以二维自旋系统为研究对象,对有四体相互作用的自旋梯模型和海森堡三角形模型中的纠缠动力学行为进行了理论分析。
首先,本文讨论了有Dzyaloshinsky-Moriya(DM)相互作用的自旋梯模型中的量子纠缠和保真度随时间演化的情况。通过改变自旋梯自旋之间的耦合和DM相互作用,分析这些参量对纠缠和保真度大小的影响。在不考虑环境影响的情况下,量子纠缠和保真度在最大值和最小值之间随时间的作周期性振荡。振荡周期随自旋之间的耦合或者DM相互作用的增加而减小。如果系统与环境之间存在耦合时,量子纠缠和保真度就会出现衰减振荡。随着退相干因子的增加,系统的纠缠和保真度会逐渐减小,最终消失。显然,内禀退相干对量子纠缠和保真度有明显的影响。
其次,利用量子重整化群理论研究了二维海森堡自旋模型,通过将三角形自旋作为一个子系统,计算出其有效哈密顿量的形式后再两两组合形成新的子系统,使较长的自旋梯的计算不断简化,最终实现解析计算较长的自旋梯的目的。根据卡丹诺夫(Kadanoff)的分块理论,在不同分块方式下其有效哈密顿量的形式存在着差别,但对应的基态能量的变化却差异不大。当系统与环境之间存在耦合时,通过分析DM相互作用和自旋耦合相互作用的变化,系统的量子纠缠、形成纠缠度以及量子失协随时间的演化曲线可以看出,退相干因子对它们衰减的影响程度不同。在某些情况下,系统的经典关联与量子关联存在明显的差异。