基于量子退相干机制的量子关联演化的理论研究

结合当前较为有效的量子信息处理过程，探究实际物理系统中量子退相干的机制，同时深入研究量子物理学中的一些基本问题。结合目前相关实验进展，研究相应量子体系中的量子纠缠演化动力学，讨论纠缠突然死亡现象随时间演化特性，退相干对量子纠缠演化的影响，以及量子体系与环境的相互作用或不同的初始状态对纠缠演化的调节机制等，寻找可以保持稳定量子系统，避免纠缠突然死亡等现象发生的对量子纠缠的有效调控方法。以半定程序设计为基础，利用凸优化技术，寻找量子态破坏某个给定的Bell不等式的算法特征，找出量子态在Bell型实验中关联强度的上界和下界的算法，并讨论相应算法的局限性。

量子物理与经典物理之间的关系一直是物理学中的重要研究课题。宏观物体量子相干性的消失主要是由于环境诱导量子退相干所导致的。而量子退相干问题也已经成为了量子信息学发展中的一个重大障碍。本项目主要围绕实际物理系统中量子退相干的机制，结合目前相关实验进展，研究了相应量子体系中的量子关联演化动力学，退相干对量子关联演化的影响，以及量子体系与环境的相互作用或不同的初始状态对关联演化的调节机制等，我们的主要研究成果包括：（1）腔场初始态对两量子比特空间退相干的影响，研究了两个二能级原子与一个单模腔场的相互作用中，腔场的不同初始态对原子间相对位置退相干的影响。；（2）耗散腔场量子体系中的量子退相干，应用J-C模型与相互作绘景中的密度算符理论,研究了2个相互纠缠的理想腔体中2个二能级Rydberg原子与2个纠缠耗散腔场单光子共振相互作用过程中的量子退相干,得到了2个二能级原子的退相干因子. （3）光子反冲对量子关联演化的影响：考虑原子的空间运动对两原子内部电子态量子关联的影响，发现原子辐射光子的反冲会导致原子的内部状态与原子的空间运动及腔场纠缠，从而诱导原子的内部状态发生退纠缠。（4）自发辐射诱导量子隧穿宏观量子退相干：通过考虑原子的内部自由度对量子隧穿的影响，研究了自发辐射对量子隧穿相干性的影响。（5）双原子系统中量子关联的热化：我们研究了双原子系统量子关联（包括纠缠，discord和consonance）的热化现象，利用热场动力学理论，给出了有限温度场效应。（6）压缩真空场中原子空间退相干的量子动力学研究：研究了一个二能级原子与单模压缩真空场相互作用时，原子的空间定域化动力学。（7）单模腔中质心运动对原子跃迁几率的影响分析：发现原子与单模腔场相互作用过程中，由于多普勒效应，原子的质心运动对原子的辐射跃迁率有所影响，且与腔场的初始状态有关。