多體系統中量子糾纏的含時演化、傳輸和調控

《多體系統中量子糾纏的含時演化、傳輸和調控》是依託蘇州大學，由朱士群擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多體系統中量子糾纏的含時演化、傳輸和調控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱士群
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

通過分析多體量子系統中量子糾纏和糾纏的含時演化實現量子糾纏的傳輸和調控。本項目擬針對量子多體系統，如自旋系統、分子磁體、低維量子網路等，構造接近實際量子體系的哈密頓量，通過系統的concurrence、negativity、糾纏熵和保真度等物理量計算和分析系統中的糾纏和糾纏的含時演化，綜合考慮量子位之間的相互作用、各向異性、外場以及系統和環境耦合引起的消相干效應等對糾纏和相干態的影響，實現長程量子糾纏和相干態的產生、保持和操控。在理論分析中，本項目擬根據不同的量子多體系統，對系統的哈密頓量分別採用精確對角化的方法求出糾纏的解析形式，或者採用含時密度矩陣重整化群(t-DMRG)的方法進行數值計算，得到糾纏的數值解。同時，結合已有的實驗測量，分析量子多體系統中糾纏和糾纏隨時間的演化以及相干態的產生和複製等，為固態系統在量子隱形傳態和量子計算中的套用提供可靠的模型和理論依據。

結題摘要

近年來，作為交叉的綜合學科，量子信息科學受到全世界各國政府和國內外學術界的高度重視。為了實現量子信息在量子通信和量子計算中的套用，研究多體量子系統中量子態的含時演化，實現量子態的遠程傳輸和調控就成為人們需要解決的最重要的課題之一。本項目通過理論分析和數值模擬研究了多體量子系統中量子糾纏和量子態的傳輸和調控，探討了具有無標度和團簇性質的實際網際網路的拓撲結構可能在糾纏建立中所起的作用，提出通過量子糾纏滲流最佳化網路量子通信的方案。當三能級原子被嵌進耦合諧振器波導中時，通過調節原子和場的相互作用使得入射光子的偏振方向在傳輸過程中發生反轉，設計出光子偏振開關。當耦合腔陣列的每個腔中含有一個三能級原子時，在量子態沿腔的傳輸中，通過一類開始編碼和最終解碼的方式可以獲得更高的傳輸幾率和更長的傳輸距離。我們提出一個理論方案，僅通過局域電子學測量單個氮空位(N-V)中心的金鋼石來檢驗量子記憶協助的熵不確定關係。在具有循環相互作用的自旋梯中，當自旋梯中自旋數量增加並存在適合的外磁場時，糾纏態能被儲存甚至囚禁在高的糾纏狀態上。在自旋-玻色子模型中，當熱庫參數大於某個同溫度有關的閾值時，量子Fisher信息會從環境流向量子比特，最大量子Fisher信息中的突變現象可以表征糾纏的存在。利用微擾理論可以推導出近似的拉比模型的解析解，解析結果與數值模擬和實驗參數符合得很好。在有限溫度下，自旋和量子態系統中的量子失協比量子糾纏有更大的優越性。這些結果可以為量子態的傳輸和調控、實現高保真度的遠程量子通信和可規模化的量子計算提供理論依據。在國家自然科學基金項目資助下，課題組發表了29篇學術論文，培養了1名博士和10名碩士，主辦了一個量子信息學的國際會議，有38人次參加了12個相關的國際和國內學術會議。