实际系统纠缠态及环境非马尔科夫性的操控研究

The local decoherence induced by the external environment would destroy the initial quantum entanglement of the realistic system, so the breaking of quantum entanglement states limits their application in the practical quantum information process. The issue of how to avoid or control quantum entanglement decay in a realistic physical system is very important. And the environmental non-Markovianity can drive quantum information flow from environment back to quantum system, so the study of controlling environmental non-Markovianity is also especially necessary. In this project, firstly，by studying entanglement dynamics of quantum system under the different environmental and exactly solvable models, we want to find the physical parameter areas in which entanglement sudden death can be inhibited or the initial entanglement would be preserved. And then we would like to acquire a physical system with the optimal parameters in the practial quantum information process. Then we explore the role of initial system-environment correlations on generation, evolution and transfer of the system quantum correlations. Furthermore, due to the protective effect of weak measurement and quantum measurement reversal for quantum states, we want to study the manipulating the quantum entanglement states and the transfer of entanglement states by using these protective measurements. Finally，we try to find a general measure for the degree of environmental non-Markovianity, and clear how to make the most quantum information flow from environment to quantum system by modifying the physical parameters. The study of this project can provide some useful references for the application of quantum entanglement states and environmental non-Markvianity in the practical quantum information process.

实际系统中环境导致的局域退相干会破坏系统的量子纠缠，限制量子纠缠态在实际量子信息中的应用，如何避免或抑制系统量子纠缠态的破坏是一个重要研究课题。环境的非马尔科夫性能将系统流失到环境的信息返还给系统，故对实际系统环境非马尔科夫性的调控研究也是非常必要的。本项目首先通过研究精确可解的物理模型来比较纠缠在不同环境下的动力学特征，寻找抑制消纠缠或纠缠保持的参数区，获取量子信息过程中最优参数的物理体系；然后探索系统与环境初始关联对系统量子关联态的产生、演化以及转移过程的影响；利用弱测量与量子反转测量对系统量子态的保护作用，研究噪声信道中纠缠态操控及转移问题；寻找度量环境非马尔科夫性更普适的物理量，弄清适于调控环境非马尔科夫性的物理参数，以使流入环境的信息能够最大程度的反馈给系统本身。本项目的研究将为量子纠缠态与环境非马尔科夫性在实际量子信息中的应用提供有益的理论参考。

实际系统中环境导致的局域退相干会破坏系统的量子纠缠，限制量子纠缠态在实际量子信息中的应用，避免或抑制系统量子纠缠态的破坏是一个重要研究课题。环境的非马尔科夫性能将系统流失到环境的信息返还给系统，可以致使系统量子态的加速演化，本项目主要针对实际系统量子纠缠态动力学以及环境非马尔科夫性的调控进行研究。（1）通过对光子禁带环境中纠缠比特进行弱测量和量子反转测量，调节弱测量强度和量子反转测量强度来提升两比特发生纠缠俘获时的纠缠量；给出了最优纠缠俘获满足的条件。（2）引入初始系统-环境关联来研究系统相干性俘获，找到了可以实现最大相干俘获的初始关联参数和环境参数。（3）针对环境非马尔科夫性调控研究，首先考虑对量子比特实施一个连续地经典场驱动，通过调节经典场的驱动参数来调控环境的非马尔科夫性，实现开放系统动力学由马尔科夫过程转变为非马尔科夫过程，以达到加快量子系统演化速度的目的；其次，设计了一个利用可控的多比特耦合环境来实现开放系统非马尔科夫加速演化的机制，该机制主要是调节可控的环境参数，实现量子系统动力学由马尔科夫行为向非马尔科夫行为的突变，以及使量子态演化由不加速演化到加速演化的突然转变。（4）鉴于当前量子速度极限时间受到研究者的广泛关注，从相对纯度出发推导出了任意初始混合态在开放系统演化过程中的量子速度极限时间，利用此极限探究了量子系统在开放系统动力学中量子演化速度，推广了以往仅适用于纯态的局限性。以上研究结果会在理论上加深人们对开放系统动力学行为的认识，为量子纠缠和环境非马尔科夫性在量子信息处理过程中的实际应用提供一定的理论保障。