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非马尔可夫环境对量子信息处理的影响

非马尔可夫环境对量子信息处理的影响

作者：田晶湖南师范大学

学位级别：硕士

由于实际开放量子系统中,环境总不可避免地作用于系统,所以要想最大程度地还原系统的演化,需要考虑环境对系统的作用。非马尔可夫动力学的核心思想是用环境回流入系统的信息量多少来定量描述非马尔可夫度。非马尔可夫动力学成功解释了... 详细信息

由于实际开放量子系统中,环境总不可避免地作用于系统,所以要想最大程度地还原系统的演化,需要考虑环境对系统的作用。非马尔可夫动力学的核心思想是用环境回流入系统的信息量多少来定量描述非马尔可夫度。非马尔可夫动力学成功解释了诸如量子关联的非单调减小等现象,引起了广大研究者的注目。本文主要研究了非马尔可夫环境对量子信息处理的影响,还研究了二能级原子在非马尔可夫环境下的演化,还推广到高维系统中的非马尔可夫性的研究。主要内容如下：第一章为绪论。介绍了量子信息及开放量子系统相关的基本概念,主要介绍了非马尔可夫性及其度量方法。第二章研究了非马尔可夫环境对量子逻辑操作的影响。其中的量子逻辑操作选取的是单量子比特逻辑门,环境是一个具有洛伦兹谱的零温结构库。研究结果表明非马尔可夫环境有助于削弱噪声的作用,能有效保护量子逻辑门的操作质量。本章还给出如何控制操作时间来提高逻辑门的精度。第三章研究了自旋S系统在退相位环境中的纠缠演化与非马尔可夫性。研究结果表明退相干函数支配着系统的相干性与纠缠演化,并支配着动力学的非马尔可夫性。本章还给出非马尔可夫性与系统维度的关系。第四章为全文最后一章,是对本文的总结与展望。

关键词：非马尔可夫环境单量子比特逻辑门平均保真度最佳操作时间自旋S系统纠缠

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非马尔可夫环境中少体量子系统的动力学控制

非马尔可夫环境中少体量子系统的动力学控制

作者：刘文杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

量子开放系统中，与环境相关的记忆效应构成了系统动力学的重要组成部分。根据记忆效应的大小，分为马尔可夫过程与非马尔可夫过程。当与环境的相互作用满足某些条件时，例如强耦合、长的环境相关时间，开放量子系统的演化可以被认为是... 详细信息

量子开放系统中，与环境相关的记忆效应构成了系统动力学的重要组成部分。根据记忆效应的大小，分为马尔可夫过程与非马尔可夫过程。当与环境的相互作用满足某些条件时，例如强耦合、长的环境相关时间，开放量子系统的演化可以被认为是非马尔可夫的。环境的非马尔可夫性导致信息在经过一段时间后从系统传播到环境的回流，导致系统初始相干信息在演化过程中得到一定程度地恢复或保留。由于与非马尔可夫环境相互作用引起的效应具有非常重要的应用前景，受到人们广泛的关注。本文内容主要基于双自旋-玻色模型与非马尔可夫热库相互作用，使用级联运动方程探索了谱及外驱动场对系统动力学的影响，调制参数以控制动力学，并度量了参数诱导的非马尔可夫性。主要内容如下：　　(1)考虑非马尔可夫环境为一个洛伦兹谱描述的零温结构库，通过调节环境谱参数及耦合强度，得到了丰富的系统动力学。在两个量子比特之间引入一个存在π相位差的驱动场，调节驱动场频率与量子比特共振，使量子态耦合到反对称贝尔态，并且观察到了阻塞效应，以环境的发射谱说明了反旋波项在共振时的影响。根据驱动场对系统动力学演化的影响，提出两种调制驱动场保护系统纠缠的方案，并比较了它们的鲁棒性。　　(2)使用非马尔可夫性量化了不同参数下记忆效应的大小，从信息流角度解释了耦合强度或谱宽对系统动力学的影响。另外，将零温洛伦兹谱环境推广到了有限温度下的德鲁德谱与欧姆谱，比较了模型在不同环境下的动力学行为。　　(3)考虑在双比特系统中构建M?lmer-S?rensen纠缠门，由于自旋与玻色介质持续耦合，使纠缠门的保真度受到限制，我们使用动力学解耦方法，以比噪声的典型时间尺度更快的速率主动施加脉冲。我们根据门算符正交方向，提出了三种类型的π脉冲，在自旋-玻色子纠缠持续的情况下施加脉冲，使玻色子介质在门操作结束时与自旋解耦。在该方案中，无论脉冲的数量多少，门持续时间最多增加一个π/2因子。我们比较了这些脉冲抵抗X和Z方向的扰动噪声的鲁棒性及纠缠保护的效果，证明了我们的方案在包含噪声情形下可以使自旋之间保持高鲁棒的纠缠。

关键词：量子开放系统非马尔可夫环境级联运动方程动力学行为

两比特海森堡自旋链体系中几何量子失协在非马尔可夫环境下的演化

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激光与光电子学进展 2022年第11期59卷 449-455页

作者：艾则孜姑丽·阿不都克热木白慧婷阿依尼沙·牙生迪丽达尔·海依提江阿拉帕提·阿不力米提艾合买提·阿不力孜新疆师范大学物理与电子工程学院新疆乌鲁木齐830054

利用量子态扩散方法,研究了在非马尔可夫环境下海森堡XXZ自旋模型中几何量子失协(GQD)的演化特性。分析了环境关联参数γ、xy平面上的耦合常数J_(xy)、z方向上的耦合常数J_(z)、外加磁场B以及DzyaloshinskiiMoriya(DM)相互作用对GQD动... 详细信息

利用量子态扩散方法,研究了在非马尔可夫环境下海森堡XXZ自旋模型中几何量子失协(GQD)的演化特性。分析了环境关联参数γ、xy平面上的耦合常数J_(xy)、z方向上的耦合常数J_(z)、外加磁场B以及DzyaloshinskiiMoriya(DM)相互作用对GQD动力学演化特性的影响。结果表明:γ越短,即环境的非马尔可夫效应越明显,越有利于有效提高系统的GQD;选取的初始态不同,J_(xy)和J_(z)对GQD起到的作用也不同;在非马尔可夫环境下,适当地增大B可提高GQD,而DM相互作用的引入会导致GQD衰减振荡。值得一提的是:可以从无纠缠初态系统有效地诱导出GQD。

关键词：量子光学开放量子系统非马尔可夫环境量子态扩散方法几何量子失协

用前馈控制方案保护在马尔可夫和非马尔可夫环境下的量子态

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高师理科学刊 2015年第12期35卷 31-35页

作者：乔转转邹健闫妍徐宝明邵彬北京理工大学物理学院北京100081

运用前馈控制方案来保护在马尔可夫和非马尔可夫环境下的量子态,发现该方案可以有效地保护两比特纠缠态.对于两比特纠缠态最佳的反馈控制方案能够产生更多的纠缠,而且在非马尔可夫环境下产生的纠缠要比在马尔可夫环境下保持得时间更长,... 详细信息

运用前馈控制方案来保护在马尔可夫和非马尔可夫环境下的量子态,发现该方案可以有效地保护两比特纠缠态.对于两比特纠缠态最佳的反馈控制方案能够产生更多的纠缠,而且在非马尔可夫环境下产生的纠缠要比在马尔可夫环境下保持得时间更长,也就是说两比特量子态在非马尔可夫环境下保护效果更好.

关键词：量子态保护前馈控制方案非马尔可夫环境纠缠

非马尔科夫环境中各向异性海森堡自旋链在磁场作用下的量子稠密编码

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量子光学学报 2021年第1期27卷 45-53页

作者：唐诗生张金峰艾克拜尔·斯地木艾合买提·阿不力孜新疆师范大学物理与电子工程学院乌鲁木齐830054

本文主要研究了在非马尔可夫环境下在时变磁场中具有各种参数的交互作用非常丰富的两个比特的海森堡XYZ模型的量子稠密编码的性质。通过量子态扩散方法Quantum State Diffusion Method(QSD)模拟了信道容量χ随时间的演化关系。经过数值... 详细信息

本文主要研究了在非马尔可夫环境下在时变磁场中具有各种参数的交互作用非常丰富的两个比特的海森堡XYZ模型的量子稠密编码的性质。通过量子态扩散方法Quantum State Diffusion Method(QSD)模拟了信道容量χ随时间的演化关系。经过数值模拟显示:量子稠密编码对环境关联系数γ、耦合系数J和Jz以及余弦磁场的强度B都有依赖。当环境关联系数γ变小时也就是非马尔科夫特性增加时,量子稠密编码的信道容量χ明显呈现上升趋势。在这里值得提出的是较小的耦合系数Jz、较大的耦合系数J、和较强的时变磁场强度B对于在本系统下进行有效的量子稠密编码是非常有用的,其中在非马尔科夫情形下非常明显,这对能够有效地进行信息传输非常的重要。

关键词：非马尔可夫环境量子稠密编码 QSD方法

非马尔可夫库中two-qubit系统的纠缠保持

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非马尔可夫库中two-qubit系统的纠缠保持

作者：郭秀丽吉首大学

学位级别：硕士

量子纠缠是不可或缺的重要资源,在量子信息处理过程中有着至关重要的作用。然而,量子系统与环境相互作用过程中,会导致系统的退相干效应,出现量子纠缠损失甚至突然死亡。在非马尔可夫环境中,量子纠缠出现回复振荡现象,通常可以利用非马... 详细信息

量子纠缠是不可或缺的重要资源,在量子信息处理过程中有着至关重要的作用。然而,量子系统与环境相互作用过程中,会导致系统的退相干效应,出现量子纠缠损失甚至突然死亡。在非马尔可夫环境中,量子纠缠出现回复振荡现象,通常可以利用非马尔可夫环境的记忆效应来保护系统的纠缠。本文研究了在振幅阻尼的非马尔可夫环境中,用弱测量及弱测量反转来保护两个只与独立库相互作用的二能级原子系统中量子纠缠。本文的主要内容如下:第一章介绍了本文的研究背景及意义并介绍了量子信息相关理论。第二章介绍了量子纠缠及其度量理论,并且简单介绍了量子Fisher信息。第三章介绍了开放量子系统动力学过程,介绍了振幅阻尼等量子噪声通道,介绍了非马尔可夫环境中量子纠缠及量子Fisher信息的变化特性。在马尔可夫环境中,纠缠及量子Fisher信息单调递减;在非马尔可夫环境中,纠缠及量子Fisher信息均出现振荡现象。第四章介绍了弱测量及弱测量反转的基本理论,基于弱测量及弱测量反转提出了两个纠缠保持方案。方案一是用前弱测量和后弱测量反转来调控纠缠,方案二是用两次弱测量操作。两次方案对比,选用最优方案(方案一)在非马尔可夫环境中对纠缠进行调控。结果表明:在非马尔可夫环境中,量子纠缠在前弱测量操作再与环境相互作用,减少了退相干对量子系统的影响,后弱测量反转又能使纠缠得到恢复,从而达到纠缠保护。第五章是对全文的总结与展望。

关键词：量子纠缠弱测量弱测量反转非马尔可夫环境

基于多步回溯Q(λ)学习的互联电网随机最优CPS控制

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电工技术学报 2011年第6期26卷 179-186页

作者：余涛周斌陈家荣华南理工大学电力学院广州510640 香港理工大学电机工程学系

针对非马尔可夫环境下火电占优的互联电网AGC控制策略,引入随机最优控制中Q(λ)学习的"后向估计"原理,可有效解决火电机组大时滞环节带来的延时回报问题。本文以CPS1/CPS2滚动平均值为状态输入,将CPS评价指标与松弛目标根据线性加权原... 详细信息

针对非马尔可夫环境下火电占优的互联电网AGC控制策略,引入随机最优控制中Q(λ)学习的"后向估计"原理,可有效解决火电机组大时滞环节带来的延时回报问题。本文以CPS1/CPS2滚动平均值为状态输入,将CPS评价指标与松弛目标根据线性加权原则转化为MDP奖励函数,从长期的角度提出一种在线反馈学习结构的随机最优CPS控制。统计性仿真试验表明,所提CPS控制具有较强的适应性和动态性能,在保证CPS合格率基础上能有效减少调度端的平均发令次数和反调次数。同时,该策略提供了一种可通过修正松弛因子在线调整AGC系统的"松弛度",可降低发电成本及机组磨损,从而实现CPS松弛控制。

关键词：自动发电控制控制性能标准多步Q(λ)学习非马尔可夫环境随机最优控制

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环境记忆效应对量子隐形传态的影响

山东工业技术 2019年第8期 166-167,170页

作者：迪丽达尔.海依提江阿依尼沙.牙生白慧婷艾则孜姑丽.阿不都克热木艾合买提.阿不力孜新疆师范大学物理与电子工程学院物理系乌鲁木齐830054

本文采用量子态扩散理论(QSD)方法研究两个二能级原子与玻色库强耦合时量子隐形传态的理论实现,分析和讨论环境记忆时间对量子隐形传态的影响。研究结果表明:量子隐形传态的保真度随环境记忆效应,即环境关联系数的减小而增大,说明非马... 详细信息

本文采用量子态扩散理论(QSD)方法研究两个二能级原子与玻色库强耦合时量子隐形传态的理论实现,分析和讨论环境记忆时间对量子隐形传态的影响。研究结果表明:量子隐形传态的保真度随环境记忆效应,即环境关联系数的减小而增大,说明非马尔可夫效应可以有效地提高保真度,并且当比特间耦合常数取最大值时可以得到最优保真度。另一方面,量子通道由纠缠态■构造时环境记忆效应对平均保真度动力学特性有更为积极的影响。

关键词：非马尔可夫环境量子态扩散方法量子隐形传态

共同玻色库中五比特自旋链体系相干性和能流的非马尔可夫动力学演化

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激光与光电子学进展 2024年第23期 406-412页

作者：阿达来提·依比阿曼妮萨·阿卜杜瓦伊提张云鹏袁舜艾合买提·阿不力孜新疆师范大学物理与电子工程学院

伴随系统与其环境之间热交换引起的非平衡效应在量子信息处理任务中有举足轻重的作用。由于任何量子系统都会与周围环境发生信息和能量的交换，从而引起相干性的衰减和能量的转移。采用非马尔可夫量子态扩散方法研究在热平衡态下五量子... 详细信息

伴随系统与其环境之间热交换引起的非平衡效应在量子信息处理任务中有举足轻重的作用。由于任何量子系统都会与周围环境发生信息和能量的交换，从而引起相干性的衰减和能量的转移。采用非马尔可夫量子态扩散方法研究在热平衡态下五量子比特海森堡XXX自旋链体系的相干性和能流的动力学演化特性。讨论该体系耦合到共同的一个非马尔可夫玻色库时的情形，并引入伪纯态作为系统动力学演化的初始态，分别分析和讨论环境记忆效应、噪声强度、温度及磁场强度对量子相干性和能流的影响。数值模拟结果显示，当环境关联系数增大时，系统的相干性会增强，能流借助非马尔可夫记忆效应能够从环境回流到系统。

关键词：非马尔可夫环境量子态扩散方法相干性能流