量子纠缠及量子关联在光子晶体中的演化

作     者：陈章洋 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄接辉

授予年度：2012年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：量子纠缠 quantum discord 量子关联 光子晶体 纠缠突然死亡(ESD) 

摘      要：在过去的几十年中,量子信息学已经发展成为一个非常活跃的研究领域。作为量子力学最吸引人的特性之一,量子纠缠和量子关联在量子信息处理中起着关键性的作用,它是操控、存储和传递量子信息不可替代的重要资源,同时还是区别于量子力学和经典力学的本质特征。目前,人们已经提出了多种纠缠的度量方法,包括两体和多体纠缠的度量,并发现量子系统与周围环境存在着不可避免的相互作用,正是这种相互作用导致了量子系统的退相干和能量耗散。随着人们对量子关联的不断深入研究,发现量子纠缠并不一定包含全部的量子关联,比如,在可分离态中也可能含有非经典关联,这就意味着纠缠为零的可分态中也可能含有非零的量子关联,那么该如何去定义这一部分量子关联又成为人们所关注的热点,Quantum Discord是一种通过测量得到的量子关联度量,它包含了两个相互作用的量子体系之间所有的量子信息。 本文通过一个改进的共轭梯度法,研究了被分别嵌入三个相互独立的光子晶体中的三量子比特系统的残留纠缠随时间的演化。我们发现,在各向同性光子晶体中,由于环境引发的退相干作用和记忆效应,纠缠会出现突然死亡(ESD-entanglement sudden death)和突然产生(ESB-entanglement sudden birth)现象,而在各向异性光子晶体中,量子比特的跃迁频率在带边附近时,残留纠缠能够维持相当长的一段时间,但是一旦纠缠消亡,在有限的时间里它将不再产生,即在各向异性光子晶体中不存在残留纠缠突然产生现象。我们还发现,不管是在各向同性光子晶体中还是在各向异性光子晶体中,三体纠缠都要比两体纠缠衰减的快,这就意味着在抵抗噪声环境方面多体纠缠比两体纠缠更加脆弱。同时,我们还对这三量子比特中的两体子系统进行了分析,并分别计算了两体子系统concurrence和quantum discord的动态演化过程,并对它们做了一定的比较,发现不管在各向同性光子晶体中还是在个性异性光子晶体中,quantum discord中只能渐进地消亡,并且在纠缠为0的情况下,quantum discord仍然存在。另外还发现,虽然discord所描述的是一个量子系统中包含的所有量子关联,但它的值却可能会小于纠缠,这是因为量子纠缠和quantum discord本身的度量标准不一样。