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量子力学、计算机科学、密码学和信息论的相互交叉产生了新兴的交叉学科量子信息与量子计算。量子信息与量子计算学科的蓬勃发展进一步带动了物理学、计算机科学、控制理论等多个学科的发展,甚至可能从根本上改变未来信息存储和信息任务处理的方式和效率。如何在实际的物理体系利用和操控量子态进而实现量子信息处理是摆在研究者面的巨大挑战。困难主要源于实际的物理体系不仅受到环境的严重影响,而且其精确的演化规律不是用薛定谔方程加上初始条件就能够得到。量子信息任务的实现主要依赖量子理论特有的资源.量子纠缠,认识开放系统的量子纠缠在环境作用下的动力学行为,进一步维持和操控量子纠缠成为实现量子信息处理任务的重要突破口。
本文集中精力于开放系统纠缠动力学行为这一研究课题,探索非马尔科夫环境对纠缠动力学的影响。主要内容包括三个方面:
第一章回顾量子纠缠研究的基础理论。介绍量子纠缠的概念、两量子比特纠缠度量、判据、经常使用到的量子态。在三量子比特体系中介绍研究者关注比较多的量子态,三体量子纠缠的基本模式等问题。
第二章主要简述开放系统中约化密度矩阵的求解方法。介绍了基于Kraus算符的算符求和表象方法,基于马尔科夫近似的Lindblad主方程方法,基于投影算符得到的非马尔科夫近似下求解方法一包括Nakajima-.Zwanzig方程、time-convolutionless投影算符方法推广的非马尔科夫方程、关联投影超算符方法非马尔科夫方程。同时使用测量对一些求解方法做了相应的解释。
第三章主要介绍了具体的研究结果,即探索非马尔科夫环境对三量子比特体系纠缠动力学的影响。讨论了与马尔科夫近似下的差别,探索了不同物理参数对动力学的影响,并与两量子比特体系的相关研究作了深入对比。这有助于人们在量子信息处理任务中更深入的了解和利用实际系统在环境影响下的量子纠缠。
中国科学技术大学理论物理所量子理论组