开放系统中的量子纠缠及量子算符的Q-P编序问题研究

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量子纠缠是量子物理区别于经典物理的重要特征,它体现了量子世界的非局域性。随着量子信息处理技术和量子通信技术的逐步发展和完善,纠缠作为一种核心资源已经越来越引起人们的重视。许多利用经典手段无法完成的任务,如量子隐形传态、量子密集编码、量子纠错和量子计算等,借助于量子纠缠都能够实现。但在执行真实量子任务的过程中,任何储存纠缠的实际物理载体都不可避免地与周边的环境相互作用,这将导致局域退相干并最终摧毁整个体系的纠缠,甚至导致纠缠突然死亡(ESD)发生,这将极大地限制了纠缠的实际应用。因此研究纠缠在开放环境中的动力学行为,可以更好地开发、操控、保护和利用纠缠,在量子信息处理和量子通信过程中具有重要理论和现实意义。  在量子物理中,通常用量子算符表示可观测的物理量,而且这些算符之间大多是不对易的,如坐标和动量算符满足对易关系[Q,P]=i(n=1)。因此在经典物理量函数量子化的过程中不可避免的涉及到算符编序问题。各种算符的排序方案如正规序、反正规序和Weyl编序等,已经为解决很多具体的物理问题带来方便。因此,有必要对算符编序问题进行深入研究,这即有助于解决实际的问题,又能帮助人们更深层次的理解量子世界的内在规律。  本文主要对开放系统中的量子纠缠动力学及量子算符的Q-P编序问题进行研究,主要内容包括。  1.考虑六个二能级原子分别处于三个独立热库中时三体纠缠的动力学演化,分析了初始纠缠态、环境的非马尔科夫性及原子与热库的相对耦合强度对三体纠缠及纠缠转移的影响。  2.研究了三个处于纠缠态的二能级原子在经历一个共同热库或三个独立热库时纠缠的动力学行为。通过在经历环境前后分别施加弱测量和量子反转弱测量,部分克服了环境退相干的影响,改善了三原子纠缠,并分析了弱测量强度、初始纠缠态及环境性质对三体纠缠的影响。  3.在考虑两个格点之间存在DM(Dzaloshinskii-Moriya)相互作用的情况下,研究了非均匀磁场中两比特Ising模型中的热纠缠,分析了外磁场、DM相互作用强度及环境温度对热纠缠的影响,讨论了热纠缠与量子相变的微妙关系。  4.推导了Wigner算符Q编序和P编序的微分形式,利用微分形式研究了Wey对应及其逆变换,使得通过微分运算即可实现经典函数与量子算符之间的相互转换,并给出了转化任意算符函数为Q-P编序的方法。进一步推导了广义Wigner算符的微分形式,它可以整合Weyl编序、Q编序和P编序三种量子化方案。
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