Yang-Baxter方程,量子纠缠及Majorana费米子

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量子纠缠在量子信息领域扮演着重要的角色,而对量子纠缠的描述也是多种多样。2004年,Kauffman与Lomonaco提出了辫子算子可作为量子计算中的通用量子门,而辫子算子的一种表示与2-qubit Bell基之间有直接的联系,并给出了拓扑纠缠与量子纠缠之间的关系,从辫子算子的角度给出了对最大纠缠的描述。而辫子关系的推广形式——Yang-Baxter方程(YBE)和量子纠缠之间的关系,也在受到越来越多的关注。基于YBE的一个解R12(θ,φ),亦即二体散射矩阵,先后有文章探讨了其在制备2-qubit纯态纠缠,导出Hamilton量及其相应的Berry相因子与纠缠度之间的关系,与YBE的解相应的Temperley-Lieb代数在构造2-qubit及N-qubit纠缠态的应用,以及l1-Norm极值条件在量子信息中的应用等等。在本文中,围绕由YBE限制的三体散射矩阵,我们主要研究了两部分内容。第一部分是三体散射矩阵与量子纠缠之间的关系,第二部分是对三体散射矩阵所构造出的Hamiltonian的研究。首先,我们简要回顾辫子算子与2-qubit纠缠之间的联系。在第二章,我们给出由两体散射矩阵组合而成的三体散射矩阵R123(η,β,φ),并讨论其与3-qubit纠缠态之间的关系。在第三章,在利用自旋1/2的格点表示二体散射矩阵的基础之上,我们讨论了由三体散射矩阵导出的自旋1/2Hamilton量及其相应的Berry相因子。在第四章,我们构造出基于上述Hamiltonian量的一维自旋1/2链模型并将其与1D Kitaev模型进行比较。在第五章,通过简单的例子,我们探讨了三体散射矩阵中的参数β在纠缠传输中的作用。在第六章,基于Majorana费米子所满足的Clifford代数,利用Majorana费米子算符可以得到一个Yang-Baxter方程的解,我们导出了相应的Hamilton量,发现其存在拓扑相,这恰恰是1D Kitaev模型;从Clifford代数的角度出发,我们构造出Yang-Baxter方程解的4n维矩阵表示Rin(θ),其中n为奇数,将此矩阵表示Rni=(θ=π/4)作用在2n-qubit自然基上,我们可以得到2n-qubit GHZ态,与Kauffman文中的Bell基相比,这正是此项工作的直接推广。最后一章对全文做了总结。
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