开放量子系统的量子失协冻结研究

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探索退相干效应对相关单量子态调控方案实现的破坏作用及其有效的抑制策略是近年来量子调控研究的核心问题,实验技术的不断提高也迫切要求发展微观系统退相干超越传统Born-Markovian近似的描述方案并发掘non-Markovian效应所诱导的新物理。另一方面,随着量子信息科学研究的不断深入,人们发现量子纠缠并不能穷尽量子关联,.量子关联被一种称作量子失协的量所更普遍的刻画;探索量子失协在具体量子信息处理协议中与量子纠缠定量甚至是定性的不同是近年来量子信息研究的热点问题之一。受这两方面研究的启发,我们在本文中研究了如下几类系统在不同退相干模型中的non-Markovian动力学问题:首先,我们研究了两个初始具有量子关联的分立变量系统在两个独立退相位噪声中的non-Markovian关联动力学。我们发现不同于量子纠缠渐进单调地趋于零的行为,系统的量子失协和经典关联在演化过程中存在一个从经典退相干到量子退相干的转变时刻,在该时刻之前,系统处在经典退相干区,此时退相位将使得量子失协在有限的时间内冻结在其初始值上,而经典关联发生衰减;在该时刻之后,系统处在量子退相干区,此时退相位将使得经典关联保持不变,而量子失协开始衰减并最终趋于零。在这个模型中,non-Markovian效应并没有对该量子关联演化行为带来定性的影响。其次,我们研究了两个初始具有量子关联的连续变量系统在两个独立的耗散噪声中的non-Markovian关联动力学。我们发现:non-Markovian效应将使得初态中的量子失协部分地永久冻结在其长时稳态上,该结果与基于Born-Markovian近似下量子失协渐进地趋于零的结果具有定性的不同,说明此时Born-Markovian近似已不能描述系统的退相干行为;进一步的分析表明,量子失协的该持久冻结机制来源于各子系统与其环境形成一个耦合的局域化模式,根据此机制,我们给出了量子失协永久冻结的定量判据,该判据揭示出我们可以通过调控系统与环境的耦合以及环境的谱密度来对退相干进行抑制,为从实验上实现退相干的抑制提供了新的方法。最后,我们研究了两个初始没有量子关联的分立变量系统,其中之一受到局域耗散噪声环境影响的关联动力学。我们发现:在non-Markovian动力学下,该耗散噪声不仅能够瞬时地诱导出量子系统之间的量子失协,而且能够使得该量子失协免受进一步的退相干影响以保持到其长时稳态,该结果与以前文献中基于Born-Markovian近似的该瞬时诱导出的量子失协渐进地趋于零的结果具有定性的不同;揭示了不诉诸于直接或间接相互作用,通过单个局域的耗散噪声来制备量子系统之间稳定量子失协的物理策略。分析表明:该稳定的量子失协制备同样决定于系统与其耦合环境束缚态形成的物理判据,我们所得到的解析判据为从实验上制备各子系统之间稳定的量子失协提供了理论依据。我们的结果系统地展示了non-Markovian效应在具体量子信息处理中的显著作用,也反映了量子失协与量子纠缠在刻画量子关联中定性的不同;我们所发现的系统与环境束缚态/耦合局域模式的形成所导致的退相干抑制为实验上探索退相干控制方案提供了新的策略。
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