自旋链和开放系统中量子失协的理论研究

本课题从理论上研究自旋链和开放的复合体系的量子纠缠和量子失协（Quantum Discord），以及二者在描述相同条件下的量子关联时的区别与联系。对于自旋链系统，主要研究有限温度下，自旋链系统本身的性质和外部条件对系统的量子纠缠和量子失协的不同影响，提出有效地提高系统的纠缠和量子失协的方法，并在此基础之上进一步研究系统的量子失协同自旋链量子相变之间的关系。对于开放的复合系统，区分在一定条件下，纠缠和量子失协在量子信息方案优越性方面所起的作用。给出导致系统出现纠缠突然死亡的因素对系统量子失协演化的影响。为了克服量子退相干对系统相干性的影响，寻找实际当中的量子纠缠或量子失协不随时间变化的免退相干的量子子空间。本课题的相关预期结果为纠缠和量子失协应用于量子信息处理提供理论上的分析。

在本项目中，我们从理论上研究自旋链和开放的复合体系的量子纠缠和量子失协（Quantum Discord），以及二者在描述相同条件下的量子关联时的区别与联系。首先，我们研究了与处于有限温度下的自旋环境耦合的两比特系统的量子关联演化。结果表明量子失协更能抵抗由环境导致的退相干，因为当系统的纠缠突然消失甚至没有纠缠时，量子失协始终保持非零值。我们还可以通过控制与系统和自旋环境相关的参数来抑制系统的量子失协随时间的衰减。利用量子关联度量Concurrence下界和整体量子失协，我们研究了与XY型自旋链环境耦合的三比特系统的量子关联演化。我们发现三体量子关联演化能够很好的表征自旋链的量子相变。对于不同类型的初态，Concurrence下界和整体量子失协在抵抗环境导致的退相干时表现出不同的优势。鉴于量子失协应用于高维系统的局限性，我们用Measurement-induced disturbance（MID）来研究自旋为1的两体系统的量子关联。与用负度度量的热纠缠相比较，我们研究了系统的线性和非线性参数，系统的温度和外磁场对热纠缠和MID的影响。结果表明MID比纠缠具备更丰富的量子关联特性，能够更多的反映系统有关量子关联的信息。本项目的研究成果为纠缠和量子失协应用于量子信息处理提供了重要的理论分析和依据。