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量子纠缠和纠缠转换的研究

本文围绕量子纠缠的度量、性质和纠缠的转换进行了研究。主要内容包括:详细阐述了两体纠缠度量须满足的基本条件,以及五种基本纠缠度量:von Neumann熵、结构纠缠、提取纠缠、相对熵纠缠和纠缠单调,给出了一类态相对熵纠缠的解析计算公式。证明了结构纠缠小于互信息,同时证明了对于任意的量子态(除了经典关联为0的态),它的两个约化密度矩阵的直积不可能为它的最近分离态。研究了在纠缠的两体两维系统中,一个系统的一些操作可导致另一个系统发生相应的变化。这些能影响另一个系统的操作就是PS操作(不完备的测量操作),并得出了在一系统的PS操作下,另一个系统转换后的约化态。利用这个公式,讨论了如何概率地远距态纯化和远距态制备。借助于两体纠缠纯态转换的Nielsen定理,指出了纠缠可用来帮助纠缠纯态的转换,并且证明了在局域操作和经典通信下,两个不存在相互作用的纯态系统的信息可以发生互换。利用辅助系统得到了在局域操作和经典通信下,一定的纠缠纯态转换到特定  (本文共104页) 本文目录 | 阅读全文>>

湖南师范大学
湖南师范大学

电磁诱导透明系统中的量子纠缠及压缩转换

量子信息和量子计算是近十年来迅速发展起来的,量子力学与信息科学相结合的产物。其主要目标是充分利用量子态的相干性,以崭新的方式进行信息的存储、转换、传递和处理,从而完成传统经典方式不能完成的任务。量子信息过程中的一个重要环节就是量子信息的传递和转换。由于光子具有最快的传播速度和很强的稳定性,它在量子信息中具有相当重要的地位,因此如何实现光子的量子信息的传递与转换也就成为了一个重要的课题,而其中一个重要的步骤就是纠缠态的制备和光场压缩的转换。本文就如何利用电磁诱导透明系统来实现光子高维纠缠态的制备及光场与原子系综之间的压缩转换进行了理论的探讨。本论文主要研究如何利用电磁诱导透明系统实现光子与光子的高维纠缠,以及光场正交压缩与原子正交压缩之间的转换关系。本论文共分为六章,其中第四章和第五章的全部内容是我们自己的工作,各章的具体内容如下:第一章介绍了电磁诱导透明的历史以及关于电磁诱导透明的主要研究成果。第二章系统地介绍了基于单个Λ型三能...  (本文共62页) 本文目录 | 阅读全文>>

苏州大学
苏州大学

激光驻波场中原子的动力学行为和量子态的隐形传送

本文主要讨论了原子在辐射光压力作用下的冷却与囚禁的基本理论。通过量子纠缠的非局域性,提出了实现任意二粒子和三粒子量子态的隐形传送的方案。激光冷却与囚禁是基于原子与激光场相互作用,原子与光场之间产生了能量与动量交换,原子在辐射光压力的作用下,其运动速度被降低,从而达到冷却与囚禁原子的目的。本文利用半经典理论,从二能级原子在激光驻波场中所满足的运动方程出发,推导出密度矩阵元所满足的递推关系,利用矩阵连分数方法求解出密度矩阵元,从而求出依赖于原子运动速度的光压力与动量扩散系数,通过讨论原子在激光场中的动力学行为,为原子在激光场中被囚禁、形成原子列阵以及可控制的量子态,从而为量子信息处理提供理论基础。研究结果表明,当选择负失谐时,原子将受到来自激光场的阻滞力,在它的作用下,原子沿激光束方向的运动速度大大减小,温度降低,表现为冷却效应。当激光场强度比较弱时,作用在原子上的力为洛仑兹型,随着激光强度的增加,依赖于速度的零阶力在零速度附近方向...  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

苏州大学
苏州大学

量子逻辑门的构建、纠缠态的制备和热纠缠度量

量子理论与信息科学的结合产生了量子信息科学。量子计算机和量子通信成为人们当前的研究热点课题之一。其中,量子计算机的优越性体现在量子并行计算上,从而可以进行超快速计算和模拟量子系统,并能解决经典计算机无法解决的问题。本博士论文着重研究了量子逻辑门在离子阱中的实现、在腔QED 中量子态的制备以及自旋-1/2 系统中量子纠缠态的度量等问题。实验上通过级联的量子逻辑门来构造量子计算机。任意量子门都可以由二比特控制非门(CN 门)和单比特旋转门(R 门)组成。因此,人们致力于研究如何实现CN 门和R 门。我们提出了一种在离子阱中实现CN 门的简单方法。离子的内态作为一个目标量子比特,内部基态|g 和激发态|e 分别表示|0 和|1 ,离子的声子数态|0 和|1 作为控制比特。用两束互相垂直的激光同时控制一个被囚禁在直线阱中的离子,调节沿X 方向和Y 方向的耦合系数,选择合适的演化时间,使耦合系数和Lamb-Dicke(LD)系数满足一定的...  (本文共94页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

量子通信的理论研究

二十世纪八十年代兴起了一门融合了量子力学和信息科学的新型学科——量子信息学。量子信息学主要由量子通信和量子计算机科学两大部分组成,它主要是利用微观粒子的量子态作为信息载体,凭借着量子力学所特有的一些性质,如不确定性、相干性和纠缠等,来完成一些经典通讯、计算和密码学等无法实现的任务。量子纠缠是量子信息学最核心的部分,几乎所有的量子信息处理过程都与其有关,研究量子纠缠及其在量子信息学中的应用,不仅对深刻理解量子力学的特性有着重要的学术意义,而且对开发和利用新型的信息处理方法等具有重要的实用价值。量子信息学中的量子通信可为信息的安全传输提供新的方法,并且量子通信是量子信息学领域中首先走向实用化的研究方向,因此本文以纠缠为信息资源,讨论量子密钥分发(QKD)、量子安全直接通信(QSDC)和量子隐形传态三种主要的量子通信方式。首先,在量子密钥分发方面,我们提出了两种新的理论方案。第一种方案以Bell态作为量子信道,集量子密钥分发和量子安全...  (本文共110页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北大学
西北大学

原子-腔-场系统中的量子信息动力学特性研究

本文分析了目前量子信息学领域中有关腔量子电动力学系统的研究现状,总结了利用“原子-腔-场”进行量子态的制备以及实现量子门操作的理论和实验研究成果。根据腔量子电动力学的基本原理和“原子-腔-场”系统相互作用的机理和基本特征,进一步提出了“多个原子-多个腔-多模场”相互作用系统的集合模型,并在此基础上,用量子信息学的观点从理论上详细研究了“多个原子-多个腔-多模场”相互作用系统中量子信息动力学特性,由此揭示出一系列全新的物理现象。1、提出了“多个原子-多个腔-多模场”相互作用系统的集合模型,发现了由“多个原子-多个腔-多模场”组成的物理系统中量子信息的传递规律。即:对于由最低两个Fock 态|0和|1的任意组合和线性叠加所组成的光量子态腔场,当处于基态的原子以特定的运动速度通过腔时,原子能够将腔中光场的量子态所含量子信息捡起,并完全据为己有;反之,对于由两能级原子的基态|g和激发态|e的任意组合和线性叠加组成的原子体系的量子态而言,...  (本文共144页) 本文目录 | 阅读全文>>