引力场背景下量子时钟同步及相关问题的研究

Relativistic quantum information is a discipline that studies quantum information processing tasks in a relativistic setting. At the same time, relativistic effects are key factors that must be considered in long-distance quantum information processing tasks. Although there are some progresses in quantum clock synchroniza- tion, quantum spatial target detection and quantum steering in recent years, the influences of gravitational field on these issues are still unclear. This project is devoted to analyze how relativistic effects and the distorting of atmosphere influence the quantum clock synchronization, quantum spatial target detection, as well as the role what quantum steering plays in clock synchronization and spatial target detection by employing the Hong-Ou-Mandel two photon interferometer model. Furthermore, we are going to adopt the Unruh-DeWitt detector model and the free field mode(or cavity mode) second quantization method beyond the single-mode approximation to study different behaviors of quantum steering in background of gravitational fields. The investigations of this project will help us to gain a better understanding on some relevant issues in relativistic quantum information, and promote the harmonious development of general relativity and quantum information theory.

相对论量子信息是一门研究在相对论框架下进行量子信息处理任务的学科。同时，相对论效应也是进行远距离量子信息处理任务时必须要考虑的因素。近年来，虽然人们在时钟同步、量子空间目标探测、量子导引等方面取得了一定进展，但引力场背景对它们的影响尚不清楚。本项目拟采用Hong-Ou-Mandel光子干涉仪模型来研究相对论效应和大气层扰动对量子时钟同步和量子空间目标探测的影响，以及量子导引在时钟同步和空间目标探测中所扮演的角色。我们还将采用Unruh-DeWitt探测器模型、非单模近似的自由场模和腔模二次量子化方法等多种手段来研究量子导引在引力场背景下出现的新特性。本项目的研究将有助于我们加深对相对论量子信息中相关问题的理解，同时对相对论和量子信息论的协同发展有一定的促进作用。

相对论效应是进行远距离量子信息处理任务和量子测量时必须要考虑的问题，量子导引是量子信息处理任务中的重要资源。本项目研究了引力场背景和大气层扰动对量子时钟同步的精度、空间目标探测中的误差概率的影响。我们采用了Unruh-DeWitt探测器模型、非单模近似的自由模和腔模二次量子化方法等多种手段来研究利用量子计量技术来提高相对论效应和时空背景探测精度的可行性，以及量子导引、相干性等量子资源在引力场背景下出现的新特性。提出了一套适用于微观引力系统的量子时钟同步方案，研究了Unruh-DeWitt探测器系统中的量子时钟同步；给出了量子导引在地球引力、探测器加速度、de Sitter时空背景和黑洞霍金温度对量子导引的影响。项目执行期间发表标注了本项目的SCI论文16篇，包括Physics Reports 1篇，获得了湖南省杰出青年基金资助，入选了“湖湘青年英才”等人才计划。