本文研究了一個雙量子比特系統(tǒng)中的量子糾纏和量子失協(xié)的動力學(xué)問題,在我們的模型中僅一個量子比特與級聯(lián)環(huán)境相互作用。其中,級聯(lián)環(huán)境由兩層環(huán)境所組成,第一層環(huán)境為單個損失腔c₀,而第二層環(huán)境是由存在耦合的N個損失腔所充當(dāng)。結(jié)果表明:隨著N和兩層環(huán)境間耦合系數(shù)κ的增大,量子關(guān)聯(lián)可得到有效提高。同時,量子比特與腔c₀間的耦合系數(shù)Ω₀,第二層環(huán)境的腔衰減率Γ和近鄰腔模間的耦合系數(shù)Ω對量子關(guān)聯(lián)也有著重要影響。另外,我們發(fā)現(xiàn),量子失協(xié)和量子糾纏有類似的演化行為,但量子失協(xié)總小于或等于糾纏且比糾纏衰減地更快。 

【文章來源】：量子光學(xué)學(xué)報. 2020,26(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ取不同值時,糾纏C(ρAB)在弱耦合體系Ω0=0.2Γ0(見(a)和(b))和

圖1描述了當(dāng)?shù)诙䦟迎h(huán)境中的腔耗散和近鄰腔模間的耦合強(qiáng)度等于零(即Γ=Ω=0)而改變第二層環(huán)境的腔數(shù)N時,共生糾纏度C(ρAB)分別在弱耦合(Ω0=0.2Γ0)和強(qiáng)耦合(Ω0=0.4Γ0)兩種情況下隨無量綱時間Γ0t的變化曲線,其中圖1(a)和圖1(c)對應(yīng)著κ=0.2Γ0,而圖1(b)和圖1(d)中的κ=0.5Γ0。圖1表明,糾纏隨時間都會經(jīng)歷阻尼振蕩,由最大值單調(diào)減小到最小值,然后伴隨著再生現(xiàn)象的出現(xiàn),最終趨于一個穩(wěn)定值;第二層環(huán)境的腔數(shù)N越大,越有利于糾纏的保持和量值的提高。從圖1(a)和圖1(b)(或圖1(c)和圖1(d))可知,第一層環(huán)境的腔c0與第二層環(huán)境的腔cn間的耦合強(qiáng)度κ越大也越有利于糾纏的存在。此外,對比圖1(a)和圖1(c)還可發(fā)現(xiàn),糾纏在強(qiáng)耦合體系的量值總是小于弱耦合體系時的量值(t=0時刻除外),且糾纏呈現(xiàn)了更加明顯的阻尼振蕩行為。值得一提的是,我們的數(shù)值計算進(jìn)一步表明,當(dāng)κ取值非常小,比如κ=0.05Γ0但其它參數(shù)不變時,C(ρAB)在弱耦合體系僅單調(diào)衰減為一個穩(wěn)定值,但在強(qiáng)耦合體系會發(fā)生猝生和糾纏的保持現(xiàn)象。為了簡便起見,本文省略了它們的相關(guān)示意圖。圖2展現(xiàn)了改變腔數(shù)N、耦合強(qiáng)度κ以及鄰近腔耦合Ω時,糾纏在弱、強(qiáng)耦合情況下的時間變化行為,其中第二層環(huán)境中的腔耗散Γ=0.1Γ0。此外,弱耦合體系中的Ω0=0.2Γ0(見圖2(a)和圖2(b)),而強(qiáng)耦合體系中的Ω0=0.4Γ0(見圖2(c)和圖2(d))。從圖2可以清楚地看到:(1)當(dāng)Ω和Γ不為零時,不存在糾纏的保持現(xiàn)象,這一點(diǎn)明顯不同于圖1;(2)在弱耦合體系中,糾纏除了在初始演化時間有非常小的振蕩現(xiàn)象外,將隨時間單調(diào)遞減。在強(qiáng)耦合體系,糾纏則表現(xiàn)出更加明顯的震蕩、再生行為,但最終單調(diào)消失;(3)更大的N和κ更有利于糾纏的存在,這一點(diǎn)與圖1相同;(4)鄰近腔耦合強(qiáng)度Ω的增大,一方面加速了糾纏的衰減,一方面減弱了腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ對糾纏的優(yōu)勢。此外,我們進(jìn)一步的數(shù)值結(jié)果顯示,κ取值較小(如κ=0.05Γ0)而其它參數(shù)不變的情況下,C(ρAB)在弱耦合體系僅以單調(diào)遞減方式衰減,而在強(qiáng)耦合體系會發(fā)生再生現(xiàn)象,該結(jié)果和Γ=Ω=0時的情況相類似。

我們基于一個雙量子比特系統(tǒng),詳細(xì)討論了不同耦合體系下級聯(lián)環(huán)境對量子糾纏和量子失協(xié)的影響。為了簡便起見,我們的研究僅限定于一個量子比特受環(huán)境影響,而另外一個量子比特與環(huán)境無作用的情況。結(jié)果表明,在弱(強(qiáng))耦合體系中,第二層環(huán)境的腔數(shù)N和兩層環(huán)境間的耦合常數(shù)κ的增加都可以致使量子關(guān)聯(lián)出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象,同時能延長量子關(guān)聯(lián)的存活時間或提高其量值;量子失協(xié)與糾纏有類似的動力學(xué)行為,但其量值總不大于糾纏且比糾纏衰減地更快。當(dāng)?shù)诙䦟迎h(huán)境為理想腔(Γ=0)且它們間的耦合強(qiáng)度Ω=0時,隨著時間的進(jìn)行,我們發(fā)現(xiàn):(1)對于非常小的κ,量子關(guān)聯(lián)在強(qiáng)耦合體系會發(fā)生猝生和保持現(xiàn)象,而在弱耦合體系量子關(guān)聯(lián)將會無阻尼振蕩地單調(diào)衰減為一個穩(wěn)定值;(2)對于一般的κ來說,量子關(guān)聯(lián)都會在震蕩后變?yōu)橐粋�穩(wěn)定值。但當(dāng)Ω和Γ不為零時,量子關(guān)聯(lián)將會漸進(jìn)消失,不會出現(xiàn)保持現(xiàn)象。此外,鄰近腔耦合強(qiáng)度Ω的增大,一方面加速了量子關(guān)聯(lián)的衰減,另一方面減弱了腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ對量子關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢。事實(shí)上,我們的研究內(nèi)容可以直接擴(kuò)展到同時與級聯(lián)環(huán)境相互耦合的多量子比特系統(tǒng),有關(guān)它們的量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)問題的探討是我們接下來要做的工作。圖4 腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ取不同值時,量子失協(xié)D(ρAB)在弱耦合體系Ω0=0.2Γ0(見(a)和(b))和

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多環(huán)境影響下的量子導(dǎo)引動力學(xué)[J]. 白雪云,李軍奇.  量子光學(xué)學(xué)報. 2019(02)



本文編號：3214652