耗散腔光力系统中的量子纠缠与量子导引

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量子纠缠是量子信息和量子计算中的重要资源,它是一种特殊的量子关联,能用来处理许多经典计算不能处理的问题,因此引起了很多物理学家的研究兴趣。而量子导引是一种介于量子纠缠和贝尔非定域性之间的量子非局域性,它的显著特点是其方向性。假若Alice和Bob双方共享纠缠状态,那么Bob系统的改变可以远程影响即导引Alice的系统到一个特定的状态,但反过来却不行。这使得量子导引在单方向设备不依赖的量子密钥分配,量子秘密共享等方面有着广泛应用。本论文研究了三模腔光力系统中的量子纠缠的产生,这里的腔光力系统由置于单模腔中的振动镜和二能级原子组成,并由相干激光场驱动。我们首先讨论了在耗散三模腔光力系统中辅助模式对双模量子纠缠的影响,发现涨落的减少和模式之间纠缠与辅助模和其他模式之间的耦合类型有关。对系统中可能存在的三种不同类型的耦合进行分析:(a)非线性参量放大耦合,(b)线性耦合,(c)与其中一个模式之间的耦合为线性耦合,与另外一个模式间的耦合为参量放大耦合。结果发现在系统中必须要有参量放大耦合才能产生量子纠缠,线性耦合的存在可以保护模式不受过多噪声的干扰。特别是在(a)-(c)三种情况下,模式之间的强线性耦合会导致系统的涨落显著减少,在(b)和(c)的情况下,辅助模和其他模式之间存在强线性耦合,会使得模式之间产生量子纠缠。然后对双体量子导引的概念进行了回顾,并分析了辅助模在双体量子导引中的作用。然后本文研究了三模耗散腔光力系统中快速衰减模如何在剩余两种模式之间产生量子导引的机制。我们着重研究通过快速衰减模实现稳态双体量子导引的可能性。分三种情况讨论:(1)假设振动镜模为快速衰减辅助模式,直接与腔模以参量放大方式耦合。(2)假设原子模为快速衰减辅助模式,直接与腔模以分束器方式耦合。(3)假设腔模为快速衰减辅助模式,同时分别与振动镜模以参量放大方式耦合,与原子模以分束器方式耦合。通过绝热消除快速衰减模式,得到剩余两种模式算符的运动方程。然后求解稳态方程,并导出剩余两种模式正交分量的方差和关联的解析表达式。我们发现腔模和振动镜模通过参量放大耦合相互作用可以产生量子纠缠,但不能产生量子导引。此外,当腔模耦合到快速衰减原子模时,产生单向量子导引。当腔模为快速衰减模式时,原子模和振动镜模之间产生双向量子导引,这是因为辅助模在剩余两种模式的正交分量的方差之间产生了不对称性。这种不对称性对于量子导引的产生是至关重要的,并且只有当导引方的方差大于被导引方的方差时,才可能发生量子导引。我们还讨论了模式受热噪声的影响,并且得出结论如果导引方的涨落大于被导引方的涨落,则该方案对于模式的热噪声是相当抗干扰的。
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