【摘要】：量子糾纏和量子速率極限時(shí)間在量子信息學(xué)中具有十分重要的地位。利用量子糾纏這種重要的物理資源可以實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配、量子隱形傳態(tài)、量子搜索算法等諸多量子任務(wù)。量子速率極限時(shí)間表征量子系統(tǒng)從初始狀態(tài)演化到目標(biāo)量子態(tài)所用的最短時(shí)間,其在量子通信、量子計(jì)算以及量子最優(yōu)控制等方面起著至關(guān)重要的作用。由于真實(shí)的量子系統(tǒng)與環(huán)境之間存在不可避免的相互作用,最終將破壞量子系統(tǒng)的量子糾纏,并且系統(tǒng)的量子速率極限時(shí)間也強(qiáng)烈依賴于周圍環(huán)境。因此,研究開放量子系統(tǒng)中的量子速率極限時(shí)間和量子糾纏的動力學(xué)演化,進(jìn)而找到有效控制量子糾纏和量子速率極限時(shí)間的方法,是量子信息學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵研究課題。在本文中,我們以光子晶體這種可控的非馬爾科夫環(huán)境為研究平臺,探究置于其中的量子系統(tǒng)的量子糾纏和量子速率極限時(shí)間,并取得了一些具有創(chuàng)新性的研究成果。本論文的內(nèi)容如下:第一章主要介紹本論文的研究背景和意義。第二章主要介紹與本論文內(nèi)容有關(guān)的光子晶體的基本理論,包括光子晶體的概念、主要特性及應(yīng)用,并重點(diǎn)介紹了光子晶體中非馬爾科夫動力學(xué)演化的主要研究方法。第三章主要介紹與本論文內(nèi)容有關(guān)的量子信息學(xué)的一些基本理論,包括量子糾纏的概念、糾纏的度量,閉合量子系統(tǒng)中的量子速率極限時(shí)間以及開放量子系統(tǒng)中量子速率極限時(shí)間的理論推導(dǎo)。第四章研究了光子晶體熱庫中基于原子囚禁位置的糾纏調(diào)控。我們以置于各項(xiàng)同性光子晶體中的二能級原子為研究對象,主要研究原子的囚禁位置對原子間糾纏演化的調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)原子在光子晶體中位置的改變可以使原子間的糾纏從糾纏死亡的狀態(tài)轉(zhuǎn)化到糾纏俘獲的狀態(tài),并可以改變糾纏在各個(gè)子系統(tǒng)中的分布情況。該研究為光子晶體中的量子糾纏的調(diào)控提供了新的參數(shù),并能指導(dǎo)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。第五章研究了光子晶體中光子-原子束縛態(tài)出現(xiàn)的臨界條件。光子-原子束縛態(tài)在量子信息處理中有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。光子-原子束縛態(tài)的形成可以用于制備原子間的長程糾纏,并為構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)提供了有效途徑。因此,有必要深入研究光子晶體中光子-原子束縛態(tài)形成的條件方程并對其進(jìn)行有效調(diào)控。在本章中,我們以置于雙帶隙光子晶體中的二能級原子為研究對象,成功解析出了光子-原子束縛態(tài)出現(xiàn)的臨界耦合強(qiáng)度范圍和禁帶頻率范圍,并且我們還給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案。該研究為光子晶體中束縛態(tài)的形成和有效調(diào)控提供了新思路。第六章主要研究光子晶體環(huán)境中量子速率極限時(shí)間的演化和量子加速的有效調(diào)控。我們以置于光子晶體中的二能級原子為研究對象,主要研究了原子的囚禁位置、帶隙寬度以及缺陷性質(zhì)參數(shù)對速率極限時(shí)間的影響,發(fā)現(xiàn)通過對熱庫參數(shù)的有效調(diào)控,可以加速量子系統(tǒng)的演化,并能使量子加速擴(kuò)展到禁帶外的馬爾科夫區(qū)域。我們的研究不僅為光子晶體環(huán)境中速率極限時(shí)間的有效調(diào)控提供新思路,而且有助于推動基于光子晶體的量子信息研究的發(fā)展。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(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：2263421