非马尔科夫环境下海森堡XXZ模型中量子失协及量子通讯特性

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作为量子力学与信息科学的交叉学科,近些年来量子信息科学在理论和实验上都取得了很大的进步,成为物理学家研究的热点。人们发现量子纠缠不是唯一存在的量子关联,比如量子失协的引入给量子信息处理和量子计算有着不同于量子纠缠的更多的优势。利用量子关联可以进行很多物理实现,如量子稠密编码与量子隐形传态。文章开始对量子信息学科进行简介,简单介绍了量子开放体系、马尔科夫过程及非马尔科夫过程的一些基本概念,给出了量子信息理论中的一些基本概念:量子纠缠,量子失协,几何量子失协,量子稠密编码信道容量及量子隐形传态平均保真度。之后介绍了本文所采用的方法——非马尔科夫量子态扩散方法(QSD),它是Diosi等人提出的非马尔科夫量子态扩散方法,该方法将开放体系的动力学演化分解成量子轨迹的系综,计算简便精确,可应对非马尔科夫过程中一些复杂问题,既可以用来处理玻色子库又可以用来处理费米子库,又可用于混和库情,并且该方法在一些领域如量子测量、量子动力学控制领域内的潜在价值。用QSD探究零温下海森堡XXZ自旋链中的不同的非马尔科夫环境对量子失协的影响,并先后考虑有无磁场与DM相互作用的情况。而后通过Bogoliubov变换得到有限温度热平衡态的的QSD方程,讨论此种情形下的量子稠密编码信道容量与量子隐形传态平均保真度。结果表明当环境非马尔科夫性参数越小时,环境表现出来的记忆效应越明显,可以使量子失协数保持相对理想值。对于相同初始态时,选择不同方向耦合常数,改变环境非马尔科夫性参数时量子失协的变化规律也相同。对于选取不同的初始态时,量子失协的环境记忆效应规律同上。此外,给系统外加磁场与存在DM相互作用时发现环境非马尔科夫性有利于提高量子失协值。研究在有限温度热平衡态下两比特海森堡XXZ自旋链模型中环境非马尔科夫性对量子通讯的影响。结果表明环境表现为非马尔科夫性时,量子通讯随时间演化规律依赖于温度,尤其在非马尔科夫环境下低温对各种量子通讯的演化特性起到了积极作用。
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