腔量子电动力学(QED)系统中双模连续变量纠缠态的制备

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量子信息诞生于20世纪,是一门关于量子力学、计算机科学和信息科学的交叉学科。基于量子特性、在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面量子信息可能突破现有经典信息系统的极限。因此,从上世纪90年代至今它获得了广泛关注和飞速的发展。量子纠缠这一基本概念诞生于量子力学,但在量子信息领域中它扮演着极其重要的角色,是量子信息处理的基本资源。近来,有研究证明连续变量纠缠态在量子信息的某些领域有着巨大优势,且不同于分离变量纠缠态的制备,后者往往依赖于符合测量条件的特定选择,而制备连续变量纠缠态无需这一限制。进而,连续变量纠缠态的制备和特性研究掀起了一片研究热潮。然而,由于环境等因素的影响,量子相干性及纠缠性会随时间衰退减弱。量子消相干一直制约着量子纠缠及量子信息科学的发展,因此,制备出抗环境干扰能力强、稳定的、高纠缠度的纠缠源具有非常重要的意义和价值。本文主要研究腔量子电动力学(QED)系统中双模连续变量纠缠态的制备。全文共分为五章。   第一章,简要介绍了本文的研究背景、意义及主要内容。简述量子纠缠态概念的产生及其制备,随后介绍量子纠缠在量子信息学里的研究意义,最后简述了本文的工作。   第二章,介绍量子纠缠态的基本概念及原子—腔场相互作用的基本理论。简述了量子纠缠态的定义和分类,简单介绍了双模连续变量纠缠的判据以及原子—腔场相互作用的半经典理论和全量子理论。   第三章,基于拉曼激发,研究在一个四能级单原子腔QED系统中实现双模连续变量纠缠态的理论方案及相应腔模之间的纠缠特性。首先,利用标准的光与物质相互作用的全量子理论求解出了腔场的运动方程;其次,基于段路明等人提出的双模连续变量系统充分不可分条件研究了两腔模间的纠缠特性;最后,通过严格的数值模拟,对于我们提出的方案在短时间内实现双模连续变量纠缠态的可行性予以了论证。此外,我们还分析了经典场强度以及相应频率失谐量对腔模纠缠特性的影响。   第四章,提出了一个在微波驱动Ⅴ型三能级原子—腔QED系统中制备双模连续变量纠缠态的有效理论方案,并系统分析了自发诱导相干对于双模连续变量纠缠态性质的影响。我们的数值计算结果表明:该系统产生的双模连续变量纠缠态性质可以通过调节相应的频率失谐量来有效地控制,同时自发诱导相干也可以增强双模连续变量纠缠特性。   第五章,对全文进行了总结与展望。
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