多量子比特系统中纠缠描述的研究

量子纠缠作为一种基本的物理资源已经广泛地应用到量子信息处理的众多研究领域。量子信息科学发展的趋势是量子通信的网络化和量子计算的规模化，从而需要对多体系统的纠缠性质有深刻的理解和掌握。本项目探讨多量子比特系统中纠缠描述的理论问题，主要研究以下三个方面的内容：1）探讨多量子比特系统中量子关联与量子纠缠的关系，分析多体纠缠态的纠缠结构和纠缠度量；2）研究在典型噪声环境中多量子比特系统的纠缠演化行为,考虑环境自由度下分析大复合系统中纠缠分布和纠缠转化规律；3）研究多量子比特纠缠态的内禀特性，探讨在局域操作和经典通信条件下易于操作并参数有效的纠缠探测方案。本课题的研究对量子信息科学的发展有重要的学术意义和实际应用，研究成果不仅可以加深人们对量子力学本身的理解，也为将来量子通信和量子计算的具体实现提供必要的理论和实验依据。

量子纠缠作为一种重要的物理资源已经广泛地应用到量子信息处理中的众多研究领域。本项目探讨多量子比特系统中纠缠描述的理论问题，主要研究了以下几个方面的内容。1)多量子比特系统中的纠缠分布和纠缠演化。我们分析了2N个量子比特纯态系统中的纠缠特性，给出了一组具有等级结构的纠缠分布不等式，提出了非零的两个量子比特剩余关联可以作为探测系统中真正多体纠缠的指示子。作为应用，我们分析了两个腔光子在独立耗散环境下的纠缠演化行为。2)两体多能级系统中的量子纠缠与非局域性。我们研究了系综中量子纠缠与非局域性质之间的内在联系，定义了一个具有操作意义的非局域性度量。对于两体交互正交的量子态构成的系综，我们给出了这个度量的上限和下限。特别地，对于d乘d维的纯态构成的系综，给出了解析表达式。3)多体腔库系统中的纠缠结构及其动力学调控。两个纠缠腔光子在局域耗散库下的动力学演化过程中，整个复合系统可以等效为四个量子比特。我们研究了体系中的多体纠缠性质，指出其表现为qubit-block和block-block形式。进一步，我们分析了局域幺正操作对复合系统中两体和多体纠缠的调制作用并给出了有效调控参量。此外，我们还研究了自旋链系统中DM相互作用对量子纠缠和量子信息处理的影响，对称性和尺寸效应对垂直耦合量子点系统中激子纠缠的影响，多体系统中真正多体量子关联的度量和探测问题，以及量子测量与推广的路径积分之间的关系。本课题的研究成果不仅可以加深人们对多体纠缠特性的理解，也为将来量子信息处理的具体实现提供了必要的理论和实验依据。