量子开放系统和相变过程中的量子操控性

Quantum steerability, as a type of quantum resource and a useful nonclassical correlation, sits between entanglement and Bell nonlocality. This project is planning to research the dynamics of quantum steerability under noisy environments as well as in the spin chain systems with quantum phase transitions. It mainly contains three parts: (1) Steerability dynamics of discrete open quantum systems; the effects of non-Markovian environments on the steerability; the protocols of anti-noise for the steerability. (2) Dynamical evolution of quantum steerability in the continuous-variable systems. (3) The relation between steerability and quantum phase transition in many-body systems. These studies may give theoretical references for the further understanding of nonclassical correlations, quantum phase transition and non-Markovian effect, and provide new perspectives for quantum resource theory.

量子操控性作为一种量子资源，被视为介于量子纠缠和量子非局域性之间的特殊非经典关联，本项目拟对其在开放系统和量子相变过程下的性质及应用进行研究，主要包含三个方面：（1）噪声下离散变量系统量子操控性的动力学性质，分析环境记忆效应对量子操控性的影响，并探讨抗噪声方案；（2）连续变量系统的量子操控性的在动力学性质；（3）量子相变过程中量子操控性的性质及应用。本研究为进一步理解非经典关联、量子相变和非马尔可夫效应提供理论参考，为量子资源理论提供新视角。

随着量子资源理论研究的深入，量子导引（亦称量子可操控性）作为一种介于量子纠缠和量子非定域性之间的一种量子关联，在理论和实验方面都得到了广泛的关注。本项目围绕着量子导引主要研究了量子导引通道的建立及其在相变系统中量子导引所扮演的角色。另外，我们还将机器学习方法引入了量子导引度量的数值计算中。在量子导引通道方面，我们研究了开放边界条件下的耦合腔系统，计算了远端两体子系统的量子导引的动力学演化规律，发现了量子导引的时间窗现象，提出了基于单轨道和双轨道建立量子导引通道的不同方案，为量子通信网络中的量子导引通道的建立打下了一定的研究基础。在存在DM相互作用的两比特海森堡模型中，我们研究了温度和磁场对各种量子关联的交互作用，特别是，我们观察到，在强磁场下量子导引会由于系统纯度的增加而得到增强，这是一种和其他量子关联如量子纠缠等截然不同的行为。在刻画系统相变方面，我们在有DM相互作用的XY模型中发现，量子导引指示相变的效果和方案中采取的测量方式有很大的关系，我们发现在测量方向数目固定的情况下，随机的POVM测量比固定方向的投影测量方案有更优的表现。最后，我们将机器学习的方法引入量子导引的度量，我们训练了一个全链接神经网络模型，它具有很强的泛化能力，能够极大的节省数值计算资源。