多体动力学系统中的稳态关联与局域化关联分布特性的研究

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多体系统中的量子关联是一类重要的非经典资源,并且广泛地应用到各种量子信息处理任务中。与两体量子关联相比,多体量子关联是更为重要的物理资源,其可以用于复杂量子网络中的安全通信、规模化的量子加速计算以及描述凝聚态体系中的量子相图和新奇量子现象。然而,在实际的量子系统中,由于环境噪声的影响,量子关联通常会产生衰减,这一性质将会对量子信息处理产生破坏性的影响。因而,研究多体系统中量子关联的动力学性质及其有效调控成为量子信息领域中的一个重要课题。2004年,Yu和Eberly证明,耗散环境下两个原子之间的纠缠会在有限时间内消失。如何在耗散环境下,制备稳态的原子纠缠成为量子态调控的关键问题。2011年,Kastoryano等人提出在耗散动力学中可以利用光腔耦合有效地把两个原子制备在最大纠缠态上。在多原子系统中,如何有效地调控稳态三体量子关联还需要进一步研究。另一方面,量子系统的热化也是一个重要的动力学过程。1958年,Anderson首先发现在热化过程中无序环境可以实现单体系统中电子态的局域化,这一现象称为安德森局域化。随着研究的不断深入,2018年Wang等人发现处于多体局域化相下的量子系统,其两体量子纠缠信息可以有效地保存。为了进一步研究多体系统中的局域化现象,需要深入分析复合系统中的量子关联分布。在本论文中,我们主要研究了多体动力学系统中如何实现稳态的三体量子关联,以及热化过程中局域化相中的量子关联分布特性。论文共分为三章,第一章介绍了基于纠缠分布特性的多体量子关联度量、耗散动力学中的稳态关联,以及多体系统中的局域化现象。在第二章中,我们研究了由原子系统组成的三量子比特关联动力学,研究发现初始态形式和原子耦合参数影响系统中的三体量子关联演化,在马尔科夫耗散环境下三体量子关联将在有限时间消失,但是通过对原子施加激光泵浦可以实现稳态的三体量子关联调控。第三章研究了一维随机场XXZ模型中热化相、安德森局域化相以及多体局域化相中的量子关联动力学分布特性,研究发现在局域化相中初始量子关联可以局域在两端自旋之间,同时部分转移的量子关联被局域化在中心的少数自旋之间。在论文的最后部分,我们总结了课题研究得到的主要成果,并对后续的研究方向进行了展望。
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