无相互作用量子系统间的量子纠缠和量子关联研究

In this project, I shall systemly study quantum correlation (entanglement and quantum discord) dynamics between noninteracting quantum systems in noisy environment, and control of entanglement and quantum discord. This study is of significance for quantum network and quantum information processing, because the dynamics between noninteracting quantum systems can be used to simulate the evolution of quantum correlation between nodes in quantum network. I shall study the entanglement and quantum discord dynamics between the noninteracting quantum systems, investigate the effect of the environment factor and the system parameters on entanglement and quantum discord, and find some necessary and sufficient conditions, appropriate system parameters for the maintenance of entanglement and quantum discord. Then I shall study control of the entanglement and quantum discord of the considered system, and investigate parameters optimization of the system for the enhancement, retrieval and maintenance of entanglement and quantum discord, which provide the theory basis for availably manipulating the entanglement and quantum discord between noninteracting quantum systems in noisy environment. In addition, I shall combine with the recent progress in this field, espetially the experimental advancements, design a practicable proposal for control of entanglement and quantum discord, which should contribute to realizing the practical manipulation of quantum correlation between the arbitrary nodes in quantum network.

本项目将系统地研究噪声环境下，无相互作用量子系统间的量子纠缠和量子关联动力学及其调控问题。该系统可以用来模拟量子网络中相距遥远的各个节点间的动力学行为，因此该课题的研究对量子网络和量子信息处理的实现起着重要的作用。本项目首先研究无相互作用量子系统间的纠缠和量子关联动力学行为，考察环境因素和系统参量对纠缠和量子关联动力学行为的影响，确定纠缠和量子关联保持的充分必要条件与符合实验实现的优化参数区域。然后研究噪声环境下使无相互作用量子系统间的纠缠和量子关联提高、长时间保持的量子调控方法，寻找使纠缠和量子关联增强、再生或保持的最佳调控技术参数，为量子网络中各节点间纠缠和量子关联的调控提供理论依据。此外还将结合本领域国内外的研究进展，特别是实验方面的进展，提出符合实际应用条件的量子纠缠和量子关联调控的可行新方案，这将有助于实现量子网络中各节点间量子纠缠和量子关联的控制。

本项目研究了多种噪声环境下无相互作用量子系统的量子纠缠和量子关联动力学及其调控：研究了混合态环境下，原子-光场的耦合程度与光场强度的依赖关系对无相互作用系统纠缠和量子关联的影响，结果表明，考虑强度依赖耦合时，纠缠和量子失谐对噪声环境干扰的抵御力更强，纠缠和量子失谐均出现周期性地消失和回复现象，且回复以后的纠缠和量子失谐能达到初始值；考虑真空噪声环境下的双Jaynes-Cummings模型，研究了原子-光场耦合系数的线性调制对该系统中两个无相互作用原子之间量子纠缠和量子关联的调控，结果表明，较之标准Jaynes-Cummings模型而言，耦合系数线性调制下纠缠消失的时间被大大延迟，延迟的时间可由耦合系数的调制参数控制；考虑广义振幅阻尼噪声环境下的无相互作用系统，研究弱测量对该系统量子纠缠的调控，结果表明广义振幅阻尼噪声能使纠缠突然消失，而弱测量操作能有效保护量子纠缠。另外，我们也研究了少纠缠大非局域性的物理本质，以及与设备无关量子密码的安全性。这些研究结果对于噪声环境下无相互作用量子系统的纠缠和量子关联调控以及量子密码研究提供了理论基础，具有重要的学术意义和应用价值。本项目取得了一系列重要研究成果，在重要学术刊物上发表论文12篇。