【摘要】：量子信息學(xué)是一門(mén)由量子力學(xué)和信息科學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的新興學(xué)科,因此它具有很多經(jīng)典信息學(xué)所不具備的特性,例如量子相干性,量子糾纏,量子態(tài)疊加原理等。隨著量子信息學(xué)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)利用這些特性可以完成很多經(jīng)典信息所無(wú)法完成的任務(wù),因此量子相干性在量子信息處理任務(wù)中有著非常重要的作用。與經(jīng)典信息學(xué)不同的是,量子信息學(xué)是將信息存儲(chǔ)在微觀粒子的量子態(tài)上,由于周?chē)h(huán)境的存在,因此在量子信息傳遞過(guò)程中,量子態(tài)無(wú)法規(guī)避的會(huì)與環(huán)境發(fā)生相互作用,從而導(dǎo)致退相干效應(yīng)的產(chǎn)生,并且這種退相干效應(yīng)對(duì)量子糾纏有著不可逆轉(zhuǎn)的破壞。為了有效抑制環(huán)境對(duì)量子系統(tǒng)的影響,我們首先要明白環(huán)境與量子系統(tǒng)之間的相互作用過(guò)程,進(jìn)而研究如何抑制環(huán)境對(duì)量子系統(tǒng)特性的影響。近年來(lái),量子費(fèi)舍爾信息(Quantum Fisher Information:QFI)由于其在量子估計(jì)理論中的重要性以及量子計(jì)量學(xué)快速發(fā)展的聯(lián)系,吸引了人們的廣泛關(guān)注。量子Fisher信息主要是度量一組含有參數(shù)的隨機(jī)變量中攜帶參數(shù)信息的多少,其在數(shù)學(xué)上給出了確定參數(shù)測(cè)量精度的下限。但是量子Fisher信息對(duì)噪聲環(huán)境十分敏感,這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度的降低。所以本文主要研究如何抑制退相干效應(yīng)的產(chǎn)生和如何提高量子Fisher信息。(1)原子與單模腔場(chǎng)的相互作用及量子相干性的動(dòng)力學(xué)演化在量子相干性和開(kāi)放量子系統(tǒng)的演化等知識(shí)的基礎(chǔ)上,我們選擇了兩個(gè)全同二能級(jí)原子a和b,探究其在兩種不同情況下與單模腔場(chǎng)之間的相互作用以及量子相干性的動(dòng)力學(xué)演化。自從度量相干性的約束條件被提出來(lái)之后,很多度量量子相干性的方法也被陸續(xù)提出,本文主要采取比較簡(jiǎn)單的L1范數(shù)來(lái)度量系統(tǒng)的量子相干性。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),在大失諧情況下腔場(chǎng)對(duì)退相干效應(yīng)的抑制效果比共振情況下的抑制效果好,特別是當(dāng)量子系統(tǒng)的初始狀態(tài)為最大糾纏態(tài)時(shí),在大失諧情況下系統(tǒng)的量子相干性保持最大值1不變。因此,可以根據(jù)腔場(chǎng)的特性設(shè)計(jì)大量的量子信息處理方案。(2)用過(guò)濾測(cè)量操作提高幅值阻尼信道(AD信道)下的量子Fisher信息本文研究了含有權(quán)重參數(shù)和相位參數(shù)的量子態(tài)在幅值阻尼信道作用下的量子Fisher信息。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)不管是權(quán)重參數(shù)還是相位參數(shù)的量子Fisher信息都會(huì)隨著幅值阻尼信道阻尼率的增加而出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象。此外,由于幅值阻尼信道的影響相位參數(shù)的量子Fisher信息函數(shù)的對(duì)稱性質(zhì)被打破。因?yàn)檫^(guò)濾測(cè)量操作有概率可以使量子態(tài)回到測(cè)量之前的狀態(tài),所以我們提出了一個(gè)用過(guò)濾測(cè)量操作來(lái)提高量子Fisher信息的方案,結(jié)果發(fā)現(xiàn)過(guò)濾測(cè)量操作確實(shí)可以提高量子Fisher信息。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O413
【圖文】：

圖４．１量子相干性隨０變化的動(dòng)力學(xué)演化，選取態(tài)參數(shù)為常數(shù)：《＝Ｖ＾／２。逡逑Ｆｉｇ．４．１．Ｔｈｅ邋ｄｙｎａｍｉｃ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｇｔ，邋ｔｈｅ逡逑ｓｔａｔｅ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒ邋ｉｓ邋ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ：邋0；＝％／２／２．逡逑從上圖可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)態(tài)參數(shù)力／２時(shí)，量子相干性隨皮增加而呈現(xiàn)周期性的逡逑衰減和恢復(fù)。因此我們只分析一個(gè)周期，例如［0，Ｖ＾ｒ／２］，當(dāng)態(tài)參數(shù)ａ＝＾／２量子逡逑系統(tǒng)的初始狀態(tài)變?yōu)椋拢澹欤鞈B(tài)（最大糾纏態(tài)）。當(dāng)皮＝0，量子系統(tǒng)沒(méi)有與腔場(chǎng)發(fā)生逡逑相互作用，這時(shí)量子相干性為最大值１，其密度矩陣為：逡逑／＾＝士［（丨奶〉＋丨％〉）（〈奶｜邋＋〈％０］。當(dāng)爐在［0，＾／４］，量子相干性隨皮增加而逡逑減小，量子相干性在臨界點(diǎn)琪＝＆／４衰減為0。此時(shí)其量子系統(tǒng)的密度矩陣為：逡逑

逑麗逡逑０邐１邐２邐３邐４邐５邐６逡逑ｇｔ逡逑圖４．１量子相干性隨０變化的動(dòng)力學(xué)演化，選取態(tài)參數(shù)為常數(shù)：《＝Ｖ＾／２。逡逑Ｆｉｇ．４．１．Ｔｈｅ邋ｄｙｎａｍｉｃ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｇｔ，邋ｔｈｅ逡逑ｓｔａｔｅ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒ邋ｉｓ邋ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ：邋0；＝％／２／２．逡逑從上圖可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)態(tài)參數(shù)力／２時(shí)，量子相干性隨皮增加而呈現(xiàn)周期性的逡逑衰減和恢復(fù)。因此我們只分析一個(gè)周期，例如［0，Ｖ＾ｒ／２］，當(dāng)態(tài)參數(shù)ａ＝＾／２量子逡逑系統(tǒng)的初始狀態(tài)變?yōu)椋拢澹欤鞈B(tài)（最大糾纏態(tài)）。當(dāng)皮＝0，量子系統(tǒng)沒(méi)有與腔場(chǎng)發(fā)生逡逑相互作用，這時(shí)量子相干性為最大值１，其密度矩陣為：逡逑／＾＝士［（丨奶〉＋丨％〉）（〈奶｜邋＋〈％０］。當(dāng)爐在［0，＾／４］，量子相干性隨皮增加而逡逑減小，量子相干性在臨界點(diǎn)琪＝＆／４衰減為0。此時(shí)其量子系統(tǒng)的密度矩陣為：逡逑＆密度矩陣的對(duì)角元素完全消失

０．０邐０．２邐０．４邐０．６邐０．８邐１．０逡逑ａ逡逑圖４．３量子相千性隨態(tài)參數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)演化ｇ／＝ＶＬｒ／＼逡逑Ｆｉｇ．４．３Ｔｈｅ邋ｄｙｎａｍｉｃ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ邋ｗｉｔｈ邋ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｓｔａｔｅ逡逑ｐａｒａｍｅｔｅｒ：濟(jì)＝ｎ／Ｌｔ／４邋．逡逑從圖可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)奴＝邋Ｖ＾ｒ／４T，量子相干性隨態(tài)參數(shù)的增加呈現(xiàn)出先增大后逡逑減小得趨勢(shì)。當(dāng)態(tài)參數(shù)在［0，力／２］之間，系統(tǒng)的量子相干性隨著態(tài)參數(shù)的增加而逡逑增加，當(dāng)《邋＝力／２時(shí)，量子系統(tǒng)的狀態(tài)為最大糾纏態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的量子相干性達(dá)逡逑到最大值１。當(dāng)態(tài)參數(shù)在［七／２Ｊ］之間時(shí)，量子相干性隨態(tài)參數(shù)的增加而逐漸減逡逑小，當(dāng)ａ邋＝邋１時(shí)，量子相干性減小為0，此時(shí)量子系統(tǒng)的狀態(tài)為｜ｅ｜ｇ２〉。逡逑２０逡逑

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1 高云峰,馮健,宋同強(qiáng);含克爾介質(zhì)高Q腔內(nèi)“單模場(chǎng)-單原子”系統(tǒng)的腔場(chǎng)譜[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2001年11期

2 宋克慧;不同原子的選擇電離和測(cè)量產(chǎn)生腔場(chǎng)壓縮的比較

本文編號(hào)：2746534