非马尔科夫环境下量子系统的量子费舍信息

论文摘要

实际的量子系统会与其周围环境发生相互作用,从而导致量子系统的能量耗散和信息衰减。因此,研究开放量子系统量子效应的动力学演化,已经成为量子光学领域中人们广泛关注的科学问题。其中,如何有效保护开放量子系统的量子费舍信息、量子相干性和量子纠缠等量子效应一直是量子光学和量子信息学领域的核心问题。随着理论和实验的发展,发现利用量子弱测量、量子反馈控制等量子操作可以有效地抑制量子系统的退相干。在本文中,主要研究了非马尔科夫环境下量子比特的量子费舍信息的动力学行为,提出了利用环境参量调控量子费舍信息的方案。本文的主要研究内容安排如下:第一章简单介绍了开放量子系统的研究背景及意义、量子动力学过程及演化方程,随后介绍了量子费舍信息（quantum Fisher information,以下简称QFI）、量子相干性和量子纠缠的基本概念和度量方法。最后,介绍了非马尔可夫度的基本定义及度量方法。第二章用时间消卷积主方程方法研究了非马尔科夫环境下单量子比特的QFI,得到了单量子比特的密度矩阵及其QFI的解析解。讨论了两种不同初态下非马尔科夫环境中QFI的动力学行为,并用量子费舍信息流（quantum Fisher information flow,以下简称QFIL）对QFI的演化作出物理解释。研究结果表明:通过改变系统初态、调节原子-腔耦合强度和腔-环境耦合强度等手段可以实现QFI的保持和调控;原子-腔耦合和腔-环境耦合强度越强,QFI的保持效果越好。第三章用Liouville-von Neumann主方程方法研究了非平衡环境中单量子比特的QFI,获得了单量子比特的QFI和量子相干性的解析解及两者的关系式。再利用BLP度量测量了单量子比特的非马尔科夫度。研究结果表明:当环境偏离平衡状态时,QFI和量子相干性都能得到较好的保护;环境的记忆衰减率越小对QFI和量子相干性的保护越好;最后利用环境的非马尔可夫性对QFI和相干性的量子动力学行为做出合理的解释,发现非马尔科夫特征对QFI和量子相干性也具有很好的保护作用。第四章基于第三章的物理模型,研究了非平衡环境中双量子比特的QFI。得到了双量子比特的QFI和量子纠缠的解析解及两者的关系式。研究结果表明:通过调节环境的平衡参数可以实现QFI的保持以及量子纠缠的保护,也就是环境的非平衡条件可以保护QFI,同时也能使初态的最大纠缠值得到有效保持。第五章对本文工作进行了总结,并对今后的工作进行了展望。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林丹萍

导师: 邹红梅

关键词: 非马尔科夫环境,非平衡环境,量子费舍信息,量子纠缠,量子相干性,非马尔可夫度量

来源: 湖南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 湖南师范大学

分类号: O413

总页数: 68

文件大小: 5042K

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