正負(fù)電子湮滅生成可控光子糾纏的研究

1、分類號：O 43 學(xué)校單位代碼：10446 碩 士 學(xué) 位 論 文 論文題目：正負(fù)電子湮滅生成可控光子糾纏的研究 論文題目：正負(fù)電子湮滅生成可控光子糾纏的研究 研 究 生 姓 名 ： 韋文邊 學(xué) 科、專 業(yè)： 光 學(xué) 研 究 方 向 ： 量子光學(xué)與量子信息 導(dǎo)師姓名、職稱： 夏云杰 教授 論文完成時間： 2012 年 3 月 摘要

2、 第 1 頁 摘要 量子糾纏態(tài)是指多粒子體系不能寫成單個粒子態(tài)的直積形式的物理狀態(tài)， 它具有的非局域性和測量斬?cái)嚓P(guān)聯(lián)性的特征在量子信息科學(xué)里潛在廣闊的應(yīng)用前景。 人們利用光學(xué)非線性特性在實(shí)驗(yàn)室上已獲得多個光子在兩個偏振方向上的糾纏態(tài)， 而利用 QED 中腔場與原子的共振原理也可實(shí)現(xiàn)多原子糾纏態(tài)的制備。 另外，關(guān)于利用離子在量子阱中制備離子的糾纏態(tài)也有了相關(guān)的報(bào)導(dǎo)。 通常， 獲得粒子之間量子糾纏的形式都是以

3、非相對論極限為理論前提， 以光與原子的相互作用為理論基礎(chǔ)， 而所有光與原子相互作用的力現(xiàn)象均屬于四大基本作用力中的電磁相互作用力。 眾所周知， 光子是具有相對論性的麥克斯韋方程組二次量子化的產(chǎn)物，電子自旋和電子內(nèi)稟磁矩原則上也是相對論效應(yīng)的產(chǎn)物，Dirac 方程的二次量子化形式是描述多電子性質(zhì)的運(yùn)動學(xué)方程。 光子和電子又是一切微觀量子現(xiàn)象的理論模型，因此深入研究相對論情形下的量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)是有意義的。 在非相對論情況下，光子是在原子

4、能級之間激發(fā)躍遷而輻射出來的，而按照玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)規(guī)律， 粒子的分布總是處于最低的能級狀態(tài)， 只有少量能激發(fā)到高能級狀態(tài)， 所以從這個意義上講人們是無法獲得高能光子之間的糾纏現(xiàn)象。 本文將主要從量子場理論出發(fā)， 結(jié)合量子態(tài)的疊加原理和自旋為 1/2 粒子的量子糾纏形式,探討初始狀態(tài)處于 Bell 型態(tài)的正負(fù)電子對發(fā)生湮滅生成光子的糾纏形式。 論文的內(nèi)容分為五個部分，具體的安排為：第一章為研究背景，簡介量子理論的發(fā)展概況和量子糾纏的性質(zhì)以

5、及它在未來量子信息和量子通信當(dāng)中潛在的應(yīng)用，同時也將介紹量子通信存在的若干問題；第二章為電磁不變性理論，主要涉及規(guī)范變換不變性和相對論洛侖茲變換不變性，著重介紹 AB 效應(yīng)在本文中控制正負(fù)電子對初態(tài)的可能性； 第三章為量子場論的基本原理， 該部分內(nèi)容將重點(diǎn)介紹在電磁相互作用下存在各種守恒量的前提條件， 如能量動量守恒和角動量守恒，宇稱守恒，以及電荷守恒的各種依據(jù)；第四章為糾纏正負(fù)電子對的湮滅，這是本論文的中心內(nèi)容， 重點(diǎn)講述在三級玻恩近