本文選題：幾何量子關(guān)聯(lián) + 腔QED系統(tǒng)　； 參考：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：量子信息學(xué)是一門方興未艾的交叉科學(xué),其涵蓋的理論基礎(chǔ)有量子電動(dòng)力學(xué)、量子光學(xué)、電子學(xué)、數(shù)學(xué)和信息學(xué),融合各種現(xiàn)代化的科學(xué)與技術(shù),如通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)、固體物理和半導(dǎo)體、光電子和激光技術(shù)、原子光學(xué)與原子制版術(shù)等,研究?jī)?nèi)容包括量子信息的多個(gè)學(xué)科分支,如量子密碼、量子隱形傳態(tài)、量子算法、量子網(wǎng)絡(luò)等。該學(xué)科誕生以來(lái)取得了令人矚目的成就,如實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了量子遠(yuǎn)程通信等。其應(yīng)用有著誘人的前景。在量子信息處理任務(wù)中,量子糾纏作為一種有效的資源起著重要的作用。與此同時(shí),人們還發(fā)現(xiàn)它有著極其脆弱的一面,容易受環(huán)境的干擾發(fā)生退相干,甚至在某些量子系統(tǒng)中會(huì)發(fā)生量子糾纏的突然死亡。Ollivier和Zurek等人提出了另一種量子關(guān)聯(lián),稱為量子諧錯(cuò),它被認(rèn)為是一種強(qiáng)壯的物理資源。量子諧錯(cuò)有一些奇特的性質(zhì),如分離態(tài)的量子糾纏為零,但量子諧錯(cuò)卻不為零。人們發(fā)現(xiàn)量子諧錯(cuò)能用于完成某些量子計(jì)算。此外,在耗散環(huán)境中量子系統(tǒng)的量子諧錯(cuò)演化會(huì)出現(xiàn)突然轉(zhuǎn)變或突然變化現(xiàn)象。然而用于實(shí)際計(jì)算時(shí),Ollivier和Zurek等人提出的基于熵的量子諧錯(cuò)定義是一個(gè)不便于操作的度量方式,僅有少數(shù)量子系統(tǒng)能有量子諧錯(cuò)的解析解。為此,Dakic等人首先提出了基于二范數(shù)的幾何方法度量量子諧錯(cuò)的思想。他們提出的幾何度量方法是在一定情形下簡(jiǎn)化了量子諧錯(cuò)的計(jì)算,優(yōu)點(diǎn)是能計(jì)算任意兩比特的量子系統(tǒng)的幾何量子諧錯(cuò)。近來(lái),有研究者提出了基于一范數(shù)的幾何量子諧錯(cuò)的度量。該度量不僅保持了二范數(shù)幾何量子諧錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn),而且揭示量子系統(tǒng)存在的突然轉(zhuǎn)交現(xiàn)象。在本文中,我們主要研究了選擇性測(cè)量和脈沖如何增強(qiáng)和保護(hù)超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)的幾何量子關(guān)聯(lián),以及應(yīng)用含時(shí)電磁場(chǎng)控制腔QED系統(tǒng)的幾何量子關(guān)聯(lián)和量子突然轉(zhuǎn)變現(xiàn)象等。本文的前面部分,我們研究了選擇性測(cè)量和退耦合脈沖對(duì)超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)幾何量子關(guān)聯(lián)以及量子信息流的影響。首先研究了選擇性測(cè)量對(duì)兩個(gè)相同的超導(dǎo)量子比特分別與各自數(shù)據(jù)總線耦合的系統(tǒng)的幾何量子諧錯(cuò)和糾纏的影響,得到了在選擇性測(cè)量下的幾何量子諧錯(cuò)和量子糾纏時(shí)間演化的表達(dá)式。通過(guò)理論分析和計(jì)算機(jī)模擬研究了單次和多次選擇性測(cè)量對(duì)幾何量子諧錯(cuò)和量子糾纏的時(shí)間演化,結(jié)果顯示一系列選擇性測(cè)量對(duì)幾何量子諧錯(cuò)和量子糾纏的有保護(hù)和增強(qiáng)作用,并且選擇性測(cè)量?jī)H一次同樣會(huì)產(chǎn)生的增強(qiáng)作用。我們討論了最佳實(shí)施測(cè)量的時(shí)間函數(shù),探討了最佳時(shí)間測(cè)量對(duì)兩超導(dǎo)量子比特的幾何量子關(guān)聯(lián)的影響。發(fā)現(xiàn)測(cè)量一次或數(shù)次不但會(huì)增強(qiáng)量子關(guān)聯(lián),而且能使超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)獲得最大糾纏態(tài)。還進(jìn)一步研究了選擇量子測(cè)量是如何影響超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)與數(shù)據(jù)總線之間量子信息的交換,發(fā)現(xiàn)選擇性測(cè)量可以用來(lái)控制超導(dǎo)量子比特和數(shù)據(jù)總線之間的信息流向。對(duì)超導(dǎo)量子電路數(shù)據(jù)總線實(shí)施選擇性測(cè)量,能起到保護(hù)超導(dǎo)量子比特的量子信息,使量子信息從數(shù)據(jù)總線中回流到超導(dǎo)量子比特中。還研究了兩量子超導(dǎo)比特間的積距離,通過(guò)測(cè)量導(dǎo)致瞬間量子信息流增加,驗(yàn)證了選擇性測(cè)量能保護(hù)和增強(qiáng)系統(tǒng)的幾何量子關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)效果與非馬爾科夫過(guò)程有關(guān)。另外,還提出了利用一系列退耦合脈沖控制和保護(hù)超導(dǎo)量子比特系統(tǒng)幾何量子關(guān)聯(lián)的方案,并用積距離研究其對(duì)系統(tǒng)量子信息流向的控制。結(jié)果表明,退耦合脈沖能夠保護(hù)系統(tǒng)的幾何量子關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)脈沖作用瞬間,量子信息流瞬時(shí)從數(shù)據(jù)總線重新流回超導(dǎo)量子比特中。本文的后面部分,我們研究了如何用含時(shí)電磁場(chǎng)以及選擇性測(cè)量來(lái)控制和保護(hù)耗散腔QED系統(tǒng)的幾何量子關(guān)聯(lián),討論了如何用含時(shí)電磁場(chǎng)對(duì)量子突然轉(zhuǎn)變現(xiàn)象進(jìn)行操控。首先考慮了兩個(gè)耗散的Jaynes-Cummings模型組成的系統(tǒng)的幾何量子關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)對(duì)某些初態(tài),一范數(shù)的幾何量子諧錯(cuò)展現(xiàn)了雙量子突然轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,并發(fā)現(xiàn)應(yīng)用含時(shí)電磁場(chǎng)能有效的延遲兩原子的幾何量子關(guān)聯(lián)的退化,即延長(zhǎng)幾何量子關(guān)聯(lián)雙量子突然轉(zhuǎn)變的時(shí)間間隔。同時(shí)研究了Tavis-Cummings模型,發(fā)現(xiàn)了存在突然轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,還研究了選擇性測(cè)量對(duì)Tavis-Cummings模型系統(tǒng)量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)的影響。發(fā)現(xiàn)通過(guò)選擇性測(cè)量導(dǎo)致瞬間原子積距離增大,迫使量子信息從腔中回流到原子中。以此能更有效的控制和保護(hù)原子的幾何量子關(guān)聯(lián)和量子信息流,其增強(qiáng)效果與非馬爾科夫過(guò)程有關(guān)。
[Abstract]:Quantum informatics is an emerging cross science which covers the theoretical basis of quantum electrodynamics, quantum optics, electronics, mathematics and Informatics, and the integration of modern science and technology, such as communications and computer technology, solid and semiconductor, photoelectron and laser technology, atomic optics and atomic plate making, and so on. The content includes many branches of quantum information, such as quantum cryptography, quantum teleportation, quantum algorithm, quantum network and so on. Since the birth of this subject, remarkable achievements have been achieved, such as the realization of quantum telecommunication in experiment. Its application has an attractive prospect. Quantum entanglement is a kind of effective in the quantum information processing task. Resources play an important role. At the same time, it is found that it has an extremely fragile side, easy to be decohered by the interference of the environment, and even the sudden death of quantum entanglement in some quantum systems,.Ollivier and Zurek et al. Put forward another kind of quantum correlation, called quantum error, which is considered to be a strong one. The quantum harmonic error has some peculiar properties, such as the quantum entanglement of the separated state, but the quantum harmonic error is not zero. The quantum harmonic energy is found to be used to complete some quantum calculations. In addition, the quantum harmonic evolution of quantum systems in the dissipative environment will appear abrupt or sudden change. The entropy based definition of the quantum harmonic error proposed by Ollivier and Zurek is an inconvenient measure. Only a few quantum systems can have an analytic solution of the quantum harmonic error. For this reason, Dakic et al. First proposed the idea of measuring the quantum harmonic error based on the geometric method based on two norm. The calculation of quantum harmonic error is simplified. The advantage is that the geometric quantum harmonic error of a quantum system with any two bits can be calculated. Recently, some researchers have proposed a metric based geometric quantum error measure. This measure not only maintains the advantages of the quantum harmonic error of the two norm geometry, but also reveals the sudden transition of the quantum system. In this paper, we mainly study the geometric quantum correlation of selective measurement and pulse enhancement and protection of superconducting qubit systems, as well as the application of geometric quantum correlation and quantum abrupt transformation in QED systems with time-dependent electromagnetic field control. The geometric quantum correlation of the subbit system and the influence of the quantum information flow. First, the effects of selective measurement on the geometric quantum error and entanglement of two same superconducting qubits coupled with their respective data bus are studied. The expression of the geometric quantum harmonic error and the quantum entanglement time evolution under the selective measurement are obtained. By theoretical analysis and computer simulation, the time evolution of single and multiple selective measurements for geometric quantum errors and quantum entanglement is studied. The results show that a series of selective measurements have protective and enhanced effects on geometric quantum errors and quantum entanglement, and the enhanced effect of selective measurements only once. The time function of the best measurement is discussed, and the effect of the best time measurement on the geometric quantum correlation of two superconducting qubits is discussed. It is found that the quantum correlation can be enhanced not only once or several times, but also the maximum entanglement state of the superconducting qubit system. The exchange of quantum information between the qubit system and the data bus shows that the selective measurement can be used to control the flow of information between the superconducting qubit and the data bus. In the superconducting qubits, the product distance of two quantum superconducting bits is also studied. By measuring the increase of instantaneous quantum information flow, it is proved that the selective measurement can protect and enhance the geometric quantum correlation of the system. It is found that the enhancement effect is related to the non Markoff process. In addition, a series of decoupling pulse control and the control are also proposed. In order to protect the geometric quantum correlation of the superconducting qubit system, we use the product distance to study the control of the flow direction of the system's quantum information. The results show that the decoupling pulse can protect the geometric quantum correlation of the system. It is found that the quantum information flow instantaneously reflows into the superconducting qubits from the data line. In part, we study how to use time-dependent electromagnetic field and selective measurement to control and protect the geometric quantum correlation of a dissipative cavity QED system. We discuss how to manipulate the quantum sudden change with time-dependent electromagnetic field. First, we consider the geometric quantum correlation of the system composed of two dissipative Jaynes-Cummings models. Some initial states, the geometric quantum harmonic error of one norm shows the phenomenon of double quantum sudden change, and it is found that the application of time-dependent electromagnetic field can effectively delay the geometric quantum correlation of two atoms, that is to extend the time interval of the double quantum sudden transformation of geometric quantum correlation, and study the Tavis-Cummings model, and find the existence of sudden transformation. The effect of selective measurement on the quantum correlation dynamics of the Tavis-Cummings model system is also studied. It is found that the increase of the instantaneous atomic distance by selective measurement forces the quantum information to return from the cavity to the atom. In order to more effectively control and protect the geometric quantum correlation and the quantum information flow of the atom, the enhancement effect and the non effect of the quantum information flow can be enhanced. The Markoff process is related.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O413

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