多体量子系统的有限时间解纠缠及其对量子信息过程的影响

相对于单个量子系统相干性渐进地衰减为零，纠缠被证实可以在有限时间内消失。这种有限时间解纠缠现象是一种仅出现在量子纠缠中的新的相干退化方式，对纠缠在实际量子信息过程和量子计算中的应用具有潜在的影响。迄今，二体有限时间解纠缠得到了广泛的理论和实验研究，而多体纠缠由于受到纠缠度量的限制，对其动力学性质的研究还较少，多体有限时间解纠缠更是一个尚待研究的问题。本课题将研究多量子系统的有限时间解纠缠及其对量子信息过程的影响。通过考察不同多体纠缠在同一环境下的演化，找出能够发生有限时间解纠缠的纠缠形式及发生条件，探讨各种局域操作在改变纠缠动力学强度方面的作用。研究多体系统与环境间的纠缠转移以及纠缠在系统不同自由度之间的转变，进而探索纠缠的可能守恒关系。研究有限时间解纠缠对具体量子信息过程的影响，进一步设计出对有限时间解纠缠的操控方案。期望通过该研究揭示多体纠缠的性质，为纠缠的实际应用提供参考。

相对于单个量子系统相干性渐进地衰减为零，纠缠被证实可以在有限时间内消失。有限时间解纠缠现象对纠缠的实际应用具有潜在的影响。迄今，二体有限时间解纠缠得到了广泛的理论和实验研究，而多体纠缠由于受到纠缠度量的限制，对其动力学性质的研究还较少，多体有限时间解纠缠更是一个尚待研究的问题。本课题首先研究了多体量子系统在独立环境下的动力学，即每个子系统与其局域环境作用模型。通过定义特定情形下多体纠缠的量化方案，考察了不同形式多体纠缠在同一环境下的演化，明确了能够发生有限时间解纠缠的纠缠形式、发生条件及参数范围。同时，研究了多体系统与环境间的纠缠转移，所得结果表明伴随着系统纠缠的衰减，环境间的纠缠可以相应地产生，但产生的方式依赖于系统纠缠的形式。其次，研究了如何通过联合利用弱测量和量子测量反转对纠缠进行操控与保护。该方案被证明可以在系统演化的过程中有效地提升系统的纠缠，并可以防止有限时间解纠缠的发生。最后，研究了有限时间解纠缠对具体量子信息过程的影响。具体考虑了有限时间解纠缠对量子隐形传输的影响，结果表明在纠缠突然消失的时刻，量子隐形传输的平均保真度衰减为2/3，即利用经典手段即可实现的最优化保真度。除了完成项目中以上所述的预定内容，还研究了以下内容。(1)系统-环境间量子关联的转移动力学。对比了量子关联和纠缠的动力学鲁棒性，特别研究了在没有纠缠时量子关联的独立演化及其转移。 (2) 热场导致的量子dissonance及其在耗散环境中的动力学。针对两个非关联原子处于共同热环境中的模型，研究了原子间纠缠无法产生或者产生的纠缠非常小的条件下量子dissonance的产生。(3)研究了系统与环境间的初始关联对开放系统动力学的影响。