开放量子系统的量子存储支撑熵不确定度动力学与局域量子不确定性调控研究

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近年来,量子存储支撑(Quantum memory assisted,QMA)熵不确定关系的研究引起了物理学界的极大重视,在量子态经典关联锁定、纠缠验证、量子纠错编码的构建、纠缠度量、量子密码协议、量子随机性验证、量子隐形传态以及Steering不等式推导等量子信息领域具有广泛的应用。同时,局域量子不确定性(Local quantum uncertainty,LQU)是表征量子关联的一种重要度量方式,在量子信息处理中发挥了不可或缺的作用。由于开放量子系统的QMA熵不确定度和量子关联都不可避免地受到环境噪声的影响,导致系统QMA熵不确定度的升高和量子关联的降低。因此,研究开放量子系统的QMA熵不确定度动力学与LQU调控具有重要的现实意义。首先,我们研究了在多模光场模拟的共同库环境中,具有偶极-偶极(Dipoledipole,D-D)相互作用的两个全同二能级原子系统QMA熵不确定度的动力学演化行为,对比分析了Markovian和non-Markovian过程两种情况下,D-D相互作用和失谐量对两原子系统QMA熵不确定度的调控作用。在non-Markovian过程中,由于库环境的记忆效应使得两原子系统QMA熵不确定度的演化过程呈现出振荡现象,且熵不确定度的上升趋势得到减缓,从而抑制了由量子噪声引起的系统退相干效应。此外,D-D相互作用对降低QMA熵不确定度具有显著的调控能力,随着DD相互作用强度的逐渐增大,QMA熵不确定度的降低效果更加显著,且D-D相互作用比失谐量的调控能力更强。通过综合调节两原子间D-D相互作用和失谐量,可进一步降低两原子系统QMA熵不确定度,从而制备出量子信息处理所需要的低噪声量子资源。其次,研究了复合腔光力学系统中相位阻尼参数对局域量子不确定性的影响,分析了系统的各项参数对两原子间LQU的调控作用。我们发现随着相位阻尼参数增大,两原子间LQU的衰减速率逐渐增加,但其衰减速率要低于共生纠缠度的衰减速率,表明LQU相比于共生纠缠度更适合表征复合腔光力学系统的量子关联。通过改变原子间初始纠缠态参数、原子-腔场(J-C模型)耦合系数、原子-腔场(含振动镜)耦合系数以及振动镜-腔场耦合系数等参数,能够对两原子间LQU进行调控。其中,增大原子间初始纠缠度、原子-腔场(含振动镜)耦合系数和振动镜-腔场耦合系数,以及同时增大原子-腔场(J-C模型)耦合系数和原子-腔场(含振动镜)耦合系数,可以实现复合腔光力学系统两原子间量子关联的增强或保持。此外,改变原子-腔场(含振动镜)耦合系数、振动镜-腔场耦合系数可以对LQU演化的周期进行调控。因此,在相位阻尼环境中,研究复合腔光力学系统两原子间LQU量子关联调控,为实现腔光力学系统的纠缠操纵、量子关联增强或保持提供了新的物理方法。
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