导　　师： 张汉壮

学科专业： G0207

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 吉林大学

摘　　要： 量子信息学是量子力学与信息科学和计算机科学相结合而发展起来的新型交叉学科。量子信息科学的发展不仅具有巨大的商业价值，而且在国防安全方面有着潜在的应用前景。在量子信息学的主要研究内容中，量子纠缠无疑是最重要的物理资源，它的发展决定着量子信息技术能否打开广阔的应用前景。然而，系统与环境之间的相互作用将破坏整个量子系统的量子纠缠。这是实现量子计算机的主要障碍，所以我们要关注量子开放系统理论。在开放量子系统理论中，选择的热库不同，对量子系统的影响也是不一样的。在本文中，我们研究光子晶体热库中量子纠缠和量子关联的动力学性质，研究在光子晶体热库中如何避免或者控制纠缠破坏，这对于实际量子信息过程与量子计算具有潜在的应用价值。本论文的结构如下：在论文的第一章，介绍了本文的研究背景。第二章和第三章介绍了与本文研究工作密切相关的基本概念与基本方法。在第二章中，介绍了量子信息学中的一些基本概念。第三章介绍了光子晶体的基本理论，包括光子晶体的性质、制备及光子晶体热库的基本理论。本论文的第四、五、六章详细介绍了我们的研究工作以及取得的成果，具体如下:在第四章中，我们讨论了结构振幅阻尼信道中量子信息保真度随时间的演化，研究光子晶体中光子的局域效应对单量子比特信息保真度和纠缠保真度的影响，并分析了它与原子的0→1共振跃迁频率和光子晶体带隙边缘频率之间的失谐的关系。经过研究发现共振频率与带隙边缘的相对位置对保真度有很大的影响：当原子的跃迁频率在禁带里的时候，量子信息能够得到很好的保护，流失的很少，并且保真度能够长时间的处于一个稳态的值。最后我们还讨论了这种信道中，两体系统的纠缠保真度随时间的演化。在第五章中，我们研究了置于同一个光子晶体中的两个二能级原子之间的纠缠动力学演化。并详细讨论了原子共振跃迁频率与光子晶体带隙边缘频率之间的失谐条件和原子之间的偶极-偶极相互作用对纠缠演化的影响。研究发现当原子的跃迁频率在光子禁带里，也就是失谐δ <0时，光子晶体热库可以很好的抑制置于其中的两原子系统的退相干效应，使它们之间的纠缠保持在一个很大的稳态值。并且对于不同的纠缠初态，光子晶体热库对它们的影响也不同。同时，原子之间的偶极-偶极相互作用DDI也可以起到操控原子间量子纠缠的作用。因此，光子晶体热库能够很好的操控置于其中的原子或量子点间的纠缠。在第六章中，我们研究了置于同一个光子晶体热库中的两体系统量子关联的动力学演化。并详细讨论了量子系统的初始状态和原子上能级与禁带带边的相对位置对量子关联的影响。经过研究发现，量子谐错在光子晶体热库中能保持长时间的稳态值，并且在出现纠缠突然死亡的区域不会出现量子谐错的突然死亡，说明量子谐错抵御外界退相干的能力比量子纠缠要强。对于初态是可分离态的情况，光子晶体可以诱导两体系统之间产生很大的量子谐错值，并能通过调控频率失谐的值来操控原子之间的量子关联。因此，光子晶体热库能够很好的操控置于其中的原子或量子点间的量子关联。在第七章中，我们对全文做了一个总结和展望。

关 键 词： 光子晶体 量子纠缠 量子谐错 自发辐射

分 类 号： [O431.2]

领　　域： [机械工程] [理学] [理学]