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量子纠缠是量子物理最为显著的特征之一。量子纠缠是量子信息学中最重要的基本资源,是实现量子通信和量子计算机的基石,并且能够验证量子力学的基本问题。近几年的理论以及实验上的进展告诉我们,对于量子信息处理过程,比如量子隐形传态、量子稠密编码等等,量子纠缠都是必不可少的资源。
本文正是基于这样的原因探讨了若干量子体系下的量子纠缠性质。在本论文第一章中,首先回顾了量子信息学的产生发展概况,较为系统的介绍了量子纠缠的研究现状和进展。并在最后给出了本博士论文的主要内容和章节安排。在第二章中,较为系统地介绍了量子纠缠的基本理论,其中包括量子纠缠的基本定义,纠缠操纵和纠缠度量。第三章到第六章分别对几种自旋链模型下的热纠缠进行了研究。具体地,第三章讨论了一个各向异性二比特自旋链的热纠缠性质,发现通过引入外界的非均匀磁场不仅能够使得系统的纠缠存在纠缠恢复现象并且在一定的条件下可以得到较大的恢复纠缠,得到了零温极限下系统产生纠缠恢复和大恢复纠缠的条件。第四章研究了一个三比特自旋模型下的近邻和次近邻纠缠性质,研究结果表明在一定的参量条件下次近邻纠缠可以大于近邻纠缠。得到了零温下次近邻纠缠大于近邻纠缠的条件。第五章讨论了一个利用二比特的自旋模型作为一个量子信道来传输纠缠态的方案,对输出态的纠缠性质和这个量子信道的平均保真度做了详细的分析。在第六章,研究的对象是一个混合自旋模型下的热纠缠问题。研究结果表明通过调节非均匀磁场强度的大小可以使得在顺铁磁链中得到与反铁磁链中相同大小的纠缠,而在均匀磁场下我们在顺铁磁链中无法得到任何纠缠。同时详细解析了系统的基态纠缠过程。在第七章,研究的对象是自由空间中的两个梯形三能级原子,通过它们与真空场相耦合利用原子本身自然的自发辐射来诱导它们产生纠缠,并详细分析了该体系的纠缠性质。在第八章中讨论了两个A型三能级原子。发现这两个原子间的纠缠强度在很大程度上不仅依赖于两原子之间的距离还依赖于原子本身的初始态。在一定的初始态条件下可以得到二原子子系的稳态纠缠。而当原子间的相对位置矢量不再垂直于激化矢量平面时,这个原子系统将不会再有稳态纠缠。这也就意味着主方程中的原子原子间的交叉耦合项可以消除系统的稳定纠缠。这种方案为产生原子纠缠提供了一个新的渠道,使得产生原子纠缠的方式更接近于自然并且提供了更多的纠缠控制参量。
总体来说,量子纠缠是量子信息学最基础、最核心的部分,寻找理想的产生纠缠的物理资源以及更好的外界纠缠可控制参量至关重要。本文所作的工作是关于量子纠缠理论方面的研究,对于这样一个发展迅速的研究领域,我们的工作仅仅涉及到很少的方面,对于量子纠缠,更多更深层次的研究将等待我们去探究和发掘。