玻色—爱因斯坦凝聚体中的纠缠交换与纠缠浓缩

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量子信息和量子计算是近十多年来迅速发展起来的,量子力学与信息科学相结合的产物,其重要特点是以量子态为信息载体,利用量子态的相干性以崭新的方式进行信息的存储、转换、传递和处理。量子纠缠作为一种基本的量子通信资源,在量子信息学中是最为重要也是最为奇特的一个课题。在量子信息学中,量子信息的处理过程离不开量子态及其演化,而量子纠缠态是量子态中的最重要的一种。因此研究纠缠态的制备以及纠缠态的纠缠品质与数量显得非常必要。我们知道,在信息传送过程中,由于存在消相干,量子纠缠的纯度会降低,为了克服这一难题,必须要运用纠缠交换与纠缠浓缩及纯化这一技术。 本论文主要研究如何在多对囚禁于阱中的玻色一爱因斯坦凝聚体(BECs)中来实现纠缠交换与纠缠浓缩,以及初始纠缠对的对数和所包含的粒子数对通过纠缠交换后所得的末态(以下称为纠缠交换态)的纠缠度的影响。 第二章简要地介绍玻色一爱因斯坦凝聚(BEC)的一些基本理论与原子阱的一些相关知识。第三章在对量子纠缠的基本概念作出简单介绍之后,引进几种量子纠缠的度量方式。第四章与第五章为本文的工作。第四章研究在多对两体多维的BECs中实现纠缠交换与纠缠浓缩的情况。通过对相关阱中漏出的粒子进行联合干涉测量且探测出其粒子数,当探测的粒子数满足所需时,可以实现纠缠交换。研究发现:当初态选取合适,则纠缠交换态的纠缠度比开始的任何一对纠缠对的纠缠度都要大,也就是实现了纠缠浓缩。我们详细地研究了初始纠缠对为三对与四对的情况。并把其结果与用两对BECs实现纠缠交换与纠缠浓缩所得结果进行比较发现,随着对数的增加,纠缠交换态在浓缩区域的最大纠缠度增大。我们也研究了初态包含的粒子数对纠缠浓缩程度的影响,发现纠缠浓缩程度随粒子数的变化与粒子数的奇偶有关。当粒子数为偶数时,纠缠浓缩程度随粒子数的增加而增加。当粒子数为奇数时,纠缠浓缩程度没有明显的变化规律:在第五章中,我们用多对两体两维的BECs实现纠缠交换与纠缠浓缩。我们得出了用任意多对纠缠初态所得的纠缠交换态的解析式。从解析式中我们能够很明了地看出纠缠交换态取最大纠缠度时所需满足的条件。通过研究发现:若每对初始纠缠对所包含的粒子相同时,能得到较宽的纠缠浓缩区域。
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