本文關(guān)鍵詞：開放系統(tǒng)中量子關(guān)聯(lián)動力學(xué)研究　出處：《安徽大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：量子關(guān)聯(lián)是量子信息處理和量子通信任務(wù)的重要資源。然而,任意的開放量子系統(tǒng)都不可避免地與周圍的噪聲環(huán)境發(fā)生耦合作用而導(dǎo)致系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)迅速衰減甚至猝死,即量子退相干現(xiàn)象。因此,研究開放系統(tǒng)中量子退相干及關(guān)聯(lián)動力學(xué)行為、探索噪聲環(huán)境的特征及噪聲帶來的影響對推動量子信息的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的意義。本文針對開放系統(tǒng)中量子關(guān)聯(lián)的復(fù)活性、魯棒性及信息流動進(jìn)行了相關(guān)的研究;基于量子弱測量和翻轉(zhuǎn)測量,提出了開放系統(tǒng)中量子失諧的增強(qiáng)方案和局域噪聲環(huán)境中的糾纏純化方案,并取得了以下研究成果:(1)研究了雙邊量子系統(tǒng)中的單個量子位與局域非馬爾科夫(non-Markovian)環(huán)境相耦合的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)動力學(xué)行為及其糾纏分配的情況。結(jié)果表明:量子系統(tǒng)與環(huán)境的耦合可以引起糾纏阻尼衰減和復(fù)活,而系統(tǒng)的糾纏最終趨于一個定值。此外,通過分析復(fù)合系統(tǒng)中量子關(guān)聯(lián)的分配和信息的流動,揭示了糾纏復(fù)活行為內(nèi)在的non-Markovian機(jī)制。為了定量地描述系統(tǒng)中信息的流動情況,我們研究了真實的三體關(guān)聯(lián)v(ρABE)、最大的雙邊量子互信息Imax(ρij)和局域單體信息Iloc(ρi)隨時間變化的導(dǎo)數(shù),并且給出了這三者之間明確的動態(tài)關(guān)系,這將給non-Markovian機(jī)制提供一個新的見解。(2)探討了局域噪聲信道中Bures distance失諧的復(fù)活現(xiàn)象和對抗環(huán)境的魯棒性,并和共生糾纏進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:兩粒子Bell對角態(tài)與局域噪聲信道發(fā)生相互作用時,噪聲強(qiáng)度增加到一定程度將會摧毀系統(tǒng)的量子關(guān)聯(lián)。特別是,去極化信道中的Bures distance失諧在消失后會復(fù)活,而糾纏直接衰減到死亡。另一方面,雜化信道中下降的初始條件能使Bures distance失諧在有限時間內(nèi)衰減得更平穩(wěn),但會加速糾纏的死亡。在這個意義上,Bures distance失諧在對抗噪聲環(huán)境方面比糾纏更具有魯棒性。此外,當(dāng)特定初始態(tài)遭受不同的雜化信道時,環(huán)境的轉(zhuǎn)換對糾纏的演化沒有任何影響,卻導(dǎo)致Bures distance失諧出現(xiàn)一些奇異的現(xiàn)象,即當(dāng)比特翻轉(zhuǎn)錯誤和比特相位翻轉(zhuǎn)錯誤以相同的概率發(fā)生時Bures distance失諧的演化軌跡是一致的。最后,為了更好地了解這些現(xiàn)象,我們給出了 Bell對角態(tài)的幾何解釋。(3)研究了兩比特分離量子態(tài)與局域噪聲環(huán)境相互作用時量子失諧的生成情況,并基于量子弱測量和翻轉(zhuǎn)測量提出了一系列可行的方案來提高失諧的強(qiáng)度。數(shù)值模擬表明,我們的增強(qiáng)方案可以有效地提高量子失諧的大小,這主要是由于量子操作改變了量子態(tài)中基態(tài)和激發(fā)態(tài)的比重,從而影響了量子態(tài)的相干性。此外,我們可以獲得所有方案對應(yīng)的量子失諧的解析表達(dá)式,并探索了成功概率和測量強(qiáng)度之間的權(quán)衡關(guān)系。(4)基于量子弱測量,我們提出了一系列純化局域噪聲環(huán)境中兩比特糾纏的理論方案。結(jié)果表明:只要測量強(qiáng)度和態(tài)參數(shù)滿足一定條件時,任意初始態(tài)都可以直接純化為最大糾纏態(tài)。此外,所有方案的成功概率不僅取決于測量強(qiáng)度,而且與初始態(tài)存在密切的聯(lián)系。
[Abstract]:Quantum correlation is an important resource for quantum information processing and quantum communication tasks. However, any open quantum system is inevitably coupled with the surrounding noise environment, resulting in the rapid decline of quantum correlation and even sudden death, namely quantum decoherence. Therefore, it is of great significance to study the quantum decoherence and associated dynamics in open system, explore the characteristics of noise environment and the impact of noise, and promote the application of quantum information. This thesis studies the resurrection of robustness, and the flow of information in the open system of quantum correlation; quantum weak measurement and flip measurement based on the proposed open system scheme and local noise environment enhance entanglement in quantum detuning purification scheme, and obtained the following results: (1) on a single qubit and quantum systems in non local bilateral Markoff (non-Markovian) correlation dynamics and entanglement distribution of the coupled environment. The results show that the coupling of the quantum system and the environment can cause the decay and resurrection of the entanglement damping, and the entanglement of the system eventually tends to a fixed value. In addition, by analyzing the distribution of quantum correlation and the flow of information in the composite system, the intrinsic non-Markovian mechanism of the entanglement resurrection is revealed. In order to quantitatively describe the flow of information in the system, we study the three correlation V true (P ABE), the largest bilateral quantum mutual information Imax (ij) and the local monomer Iloc (I) derivative changes with time, and gives a clear dynamic relationship between the three, this it will provide a new insight to the mechanism of non-Markovian. (2) the resurrection and the robustness of the Bures distance detuning in the local noise channel are discussed and compared with the symbiotic entanglement. The results show that when the two particle Bell diagonal state interacts with the local noise channel, the increase of the noise intensity to a certain extent will destroy the quantum correlation of the system. In particular, the Bures distance detuning in the depolarized channel will be resurrected after the disappearance, and the entanglement is directly attenuated to death. On the other hand, the descent of the initial condition in the hybrid channel can make the Bures distance detuning more stable in the limited time, but it will accelerate the death of the entanglement. In this sense, the Bures distance detuning is more robust than the entanglement in the noise environment. In addition, when a specific initial state from different hybrid channel, the conversion of the entanglement evolution environment has no effect, Bures distance has led to some singular detuning phenomenon, namely when the bit flip errors and bit phase flip error evolution to the same probability to occur when Bures distance detuning the trajectory is consistent. Finally, in order to get a better understanding of these phenomena, we give a geometric interpretation of the Bell diagonal state. (3) we studied the generation of quantum detuning in the interaction of two bit separated quantum states with local noise environment, and proposed a series of feasible schemes based on quantum weak measurement and overturn measurement to improve the detuning strength. Numerical simulation shows that our enhancement scheme can effectively improve the size of quantum detuning, which is mainly due to the change of the proportion of ground state and excited state in quantum state by quantum manipulation, thus affecting the coherence of quantum states. In addition, we can obtain the analytical expressions of the quantum detuning corresponding to all the schemes, and explore the tradeoff between the probability of success and the measurement intensity. (4) based on the quantum weak measurement, we propose a series of theoretical schemes for purifying two bits of entanglement in the local noise environment. The results show that any initial state can be directly purified to the maximum entangled state as long as the measured intensity and state parameters meet certain conditions. In addition, the probability of success of all schemes not only depends on the intensity of the measurement, but also is closely related to the initial state.
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O413

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本文編號：1338051