基于微波調(diào)控技術(shù)的量子非局域關(guān)聯(lián)研究.pdf

1、量子非局域性和量子關(guān)聯(lián)是量子力學(xué)的兩個獨(dú)特的性質(zhì)。作為兩種不同的量子資源，在量子信息處理中扮演者十分重要的作用。到目前為止，在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)利用糾纏光子對、原子的糾纏、囚禁離子的糾纏、原子與光子之間的糾纏、單個中子不同自由度之間的糾纏以及超導(dǎo)量子比特的糾纏等驗(yàn)證了量子非局域性(Bell不等式和無不等式形式的Hardy非局域性)。量子關(guān)聯(lián)被認(rèn)為是量子力學(xué)中一個比量子糾纏更基本的概念。量子關(guān)聯(lián)是近年來的一個研究熱點(diǎn)，吸引了很多研究者的興趣。然而

2、，在實(shí)際的條件下，量子系統(tǒng)不可避免的與周圍的環(huán)境發(fā)生相互作用。這將導(dǎo)致量子系統(tǒng)發(fā)生退相干。因此，研究在退相干環(huán)境中量子關(guān)聯(lián)的動力學(xué)是十分必要的。本文我們研究了在驅(qū)動腔系統(tǒng)（如電路量子電動力學(xué)系統(tǒng)）中基于量子非破壞性測量驗(yàn)證兩體和三體量子非局域性以及在局域的退相干信道中兩體量子態(tài)的量子關(guān)聯(lián)的動力學(xué)。主要的研究內(nèi)容如下:
　　1.在驅(qū)動腔系統(tǒng)中，當(dāng)二能級原子（量子比特）色散耦合于腔場且考慮原子與腔場之間所有的統(tǒng)計(jì)量子關(guān)聯(lián)（即超越了平均

3、場近似），通過探測驅(qū)動腔的穩(wěn)態(tài)透射譜可以實(shí)現(xiàn)對腔內(nèi)兩個二能級原子的量子非破壞性測量，即透射譜中每一個透射峰標(biāo)記相應(yīng)的計(jì)算基態(tài)且透射峰的相對高度等于相應(yīng)的計(jì)算基態(tài)在被探測態(tài)中的疊加幾率?；谶@類量子非破壞性測量，不需要慣常的量子態(tài)層析技術(shù)就可以確定制備的量子態(tài)的存在。利用這類測量可以確定局域的經(jīng)典變量之間的非局域關(guān)聯(lián)函數(shù)。因此，表征兩體量子非局域性的Bell不等式和梯子型Hardy非局域性可以被有效地驗(yàn)證。
　　2.作為兩體量子非局

4、域性驗(yàn)證的自然推廣，基于驅(qū)動腔系統(tǒng)中三個二能級原子的量子非破壞性測量，對三種三比特量子態(tài)（GHZ態(tài)、W態(tài)和兩體可分的三比特態(tài)），我們提出了驗(yàn)證三體量子非局域性（Mermin不等式和Svetlichny不等式）的實(shí)驗(yàn)上可行的方案。研究結(jié)果表明Mermin不等式可以被這三種量子態(tài)違背，但Svetlichny不等式只會被GHZ和W態(tài)違背。這意味著只有Svetlichny不等式才能表征真正的三體量子非局域性。因此，Svetlichny不等式的違

5、背可以看作真正的三體糾纏存在的魯棒的判據(jù)。
　　3.研究了在三類局域的退相干信道（比特翻轉(zhuǎn)、相位翻轉(zhuǎn)和比特-相位翻轉(zhuǎn)信道）中一類兩比特量子態(tài)的幾何量子關(guān)聯(lián)的動力學(xué)。我們發(fā)現(xiàn)，在退相干信道中這類態(tài)的幾何量子關(guān)聯(lián)存在四種動力學(xué)行為:單調(diào)地衰減到零;單調(diào)衰減過程中存在一個突變點(diǎn);單調(diào)衰減過程中存在兩個突變點(diǎn);先在有限的時間內(nèi)保持不變?nèi)缓笤賳握{(diào)地衰減到零。同時可以發(fā)現(xiàn)沒有幾何量子關(guān)聯(lián)的突然死亡發(fā)生。進(jìn)一步地，建立了在這三類退相干信道中幾何

6、量子關(guān)聯(lián)的演化所滿足的因式分解定律。一旦給定了退相干信道的類型，不需要借助于初態(tài)本身，從這個定律可得幾何量子關(guān)聯(lián)演化的下界。
　　4.研究了在五類局域的退相干信道（退相、相位翻轉(zhuǎn)、bit/trit翻轉(zhuǎn)、bit/trit相位翻轉(zhuǎn)和退極化信道）中一類含有兩個參數(shù)的qubit-qutrit態(tài)的經(jīng)典關(guān)聯(lián)、測量誘導(dǎo)擾動量化的量子關(guān)聯(lián)和量子糾纏的動力學(xué)。我們發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，經(jīng)典關(guān)聯(lián)保持不變或單調(diào)地衰減到零。測量誘導(dǎo)擾動存在三種動力學(xué)行為:

7、單調(diào)地衰減到零;單調(diào)地衰減到一個非零的穩(wěn)定值（即剩余量子關(guān)聯(lián)存在）;先從零單調(diào)地增加到最大值再單調(diào)地減小到零。與量子糾纏的突然死亡現(xiàn)象不同，經(jīng)典關(guān)聯(lián)和測量誘導(dǎo)擾動都不會出現(xiàn)突然死亡。以非慣性系框架下的情況為例，我們研究了由Unruh效應(yīng)產(chǎn)生的一類qubit-qutrit態(tài)的測量誘導(dǎo)擾動及其在這五類局域的退相干信道中的動力學(xué)。我們發(fā)現(xiàn)，隨著加速參數(shù)的增加測量誘導(dǎo)擾動而減小。在退相干信道中這類態(tài)的測量誘導(dǎo)擾動單調(diào)地衰減到零或者一個非零的穩(wěn)定