開放系統中量子相干和量子關聯特性及其相關問題研究

《開放系統中量子相干和量子關聯特性及其相關問題研究》是依託杭州師範大學，由孫哲擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：開放系統中量子相干和量子關聯特性及其相關問題研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫哲
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

研究量子信息領域的熱點問題——量子關聯及其動力學問題，以及與量子相變、量子混沌、量子度量學相關的問題。重點考察非微擾、非馬爾科夫和非旋波近似的動力學過程，並從量子信息學角度理解和研究量子相變等問題。主要內容如下：(1) 利用級聯方程方法研究量子關聯的動力學行為，包括共同環境和獨立環境等不同情況，突出非馬爾可夫和強耦合的影響；(2) 研究較高維度以及多體系統的量子關聯及其在量子相變問題中的套用，也將考慮環境中的量子相變及量子混沌對量子關聯演化行為的影響；(3) 環境影響下的Landau-Zener（LZ）躍遷，包括有限溫度和零溫條件，突出非旋波項的作用。考慮兩個及多個LZ系統的量子關聯，得到LZ過程與量子關聯的相互關係以及環境因素的影響； (4)量子關聯在量子度量學中的套用。考慮量子Fisher信息與量子失協等概念的聯繫，量子關聯對提高參數估計精度的作用，也計畫考慮連續變數情況。

結題摘要

量子關聯問題是量子信息學中的核心問題，是實現量子計算、量子通訊等技術的基本保障，而環境的因素將極大影響量子關聯以及量子相干性，是制約量子技術發展的主要因素之一，因而研究開放系統中的量子關聯動力學問題顯得尤為重要。本項目研究了非旋波近似下的開放系統的量子糾纏、量子壓縮、量子導引、量子速度極限等動力學過程，量子相變環境耦合下的量子關聯和量子相干特性的問題，環境耦合下的Landau-Zener躍遷等含時驅動過程以及量子關聯與量子度量學的相關問題等。本項目涵蓋理論與實驗研究，豐富了量子關聯的研究，對開放系統的量子信息處理給出了重要的理論依據。以精確的數值計算方法為基礎，實驗搭建了量子光學系統，模擬了量子通道對量子態的演化結果，得到了其他基於近似方法的量子通道所無法展現的量子動力學過程，並對量子導引進行了實際測量，此通道為眾多相關問題研究提供了良好實驗平台。得到了環境耦合下的Landau-Zener類型含時驅動系統的動力學演化規律，在有限驅動參數範圍條件下，絕熱保真度隨耦合強度變化體現出非單調行為，通過外加非透熱驅動以及退耦合驅動可部分實現絕熱演化。給出了一種有效的描述混合初態的開放系統的演化速度極限，發現耦合強度導致速度極限的非單調變化，系統的非馬爾科夫效應並非始終與速度演化極限有良好對應。發現環境中的量子相變會極大影響中心繫統的量子時間導引，在相變點附近，量子時間導引將發生明顯降低，其突變位置很好的指示了環境的相變點。發現與共同環境耦合的子系統之間可誘導產生量子導引。發現EPR量子導引與時間量子導引以及時空量子導引之間沒有必然聯繫。而時間導引與時空導引之間在我們考慮的多數情況下有交替振盪現象發生，維持某種平衡。發現基於糾纏相干態的多參數的量子參數估計精度的漲落會低於NOON態，低光子數情況下，糾纏相干態會得到更優的參數估計精度。我們基於多腔耦合量子超導比特系統設計了有效的製備NOON態的方案，操作步數有明顯降低，實驗實現更加簡單，並且抗噪聲的性能更好。