雙原子系統(tǒng)中量子關(guān)聯(lián)的演化及其在量子通訊中的應(yīng)用.pdf

1、量子信息學(xué)是以量子力學(xué)和信息科學(xué)為基礎(chǔ)的一門新興交叉學(xué)科，它主要利用量子態(tài)的相干性、量子糾纏等量子力學(xué)的奇妙特性來完成傳統(tǒng)的信息任務(wù)。量子信息在信息處理任務(wù)中具有相應(yīng)的經(jīng)典信息無法比擬的優(yōu)越性，如超快的運算速度，超大的信道容量以及無法破譯的保密通訊等。近年來以場量子和實物粒子作為信息載體的相關(guān)研究引起了廣泛關(guān)注，尤其是基于腔QED（腔量子電動力學(xué)）的設(shè)計方案，由于具有較長的退相干時間以及高品質(zhì)的腔，并可以在實驗上實現(xiàn)原子與場的強耦合，被

2、認為是最有前景的量子信息方案之一。本論文主要工作就是基于原子和光場相互作用模型，研究在不同方案下雙原子的量子關(guān)聯(lián)演化并完成糾纏態(tài)的制備、量子態(tài)的隱形傳輸?shù)刃畔⑻幚砣蝿?wù)。全文共分五章，其中第三章到第五章是我們的主要研究工作，整篇論文的具體內(nèi)容安排如下:
　　第一章介紹了論文的研究背景和研究意義，主要包括量子計算和量子通訊的研究歷史和研究意義以及量子信息物理實現(xiàn)的物理系統(tǒng)的介紹，并給出全文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排。
　　第二章介

3、紹了本文研究內(nèi)容的基本概念和基礎(chǔ)知識，主要包括量子比特，通用量子門，幾種常用的量子關(guān)聯(lián)判據(jù)和度量方法以及光場的幾種非經(jīng)典態(tài)。
　　第三章在光和原子相互作用的量子系統(tǒng)中，利用量子糾纏轉(zhuǎn)移技術(shù)和量子直接通訊技術(shù)，我們提出了一個實現(xiàn)雙向量子信息存儲與交換的方案。通過分析原子與光子相互作用，可以制備出原子-光子的糾纏態(tài)。利用單光子探測技術(shù)，可以完全的分辨出光子的Bell態(tài)，從而準確的實現(xiàn)糾纏轉(zhuǎn)移，即將原子與光子的糾纏轉(zhuǎn)移到原子-原子上。之

4、后，利用單原子存儲技術(shù)，將方案中的操作信息存儲到目標原子上。此方案的優(yōu)點是，首先，可以實現(xiàn)遠距離的雙向量子對話，將雙方信息進行交換。其次，利用第三方進行信息的交換與存儲的同時不被第三方獲取任何信息，即不需要第三方提供認證，從而保證了通訊的安全性。最后，信息存儲在第三方的原子上，理論上合法的通訊雙方可以選擇任何時間完成對話。
　　第四章給出了如何利用熱場動力學(xué)的方法研究雙原子系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)糾纏隨溫度變化的問題。我們介紹了熱場動力學(xué)的研究方

5、法，并利用該方法來處理處于相同溫度下存在相互作用的雙原子系統(tǒng)以及處于不同溫度的沒有任何相互作用的雙原子系統(tǒng)的糾纏演化問題。使用q-形變諧振子形式，在q-Fock空間將哈密頓量展開，再利用熱場動力學(xué)方法，得到系統(tǒng)熱化后的原子頻率以及耦合系數(shù)的變化對不同溫度下系統(tǒng)量子關(guān)聯(lián)的影響以及維持系統(tǒng)量子特性的條件。
　　第五章研究了量子通訊中重要的糾纏對共享資源，主要包括如何從連續(xù)變量系統(tǒng)中提取糾纏，并遠距離制備糾纏對原子。我們提出一個模型，同