局域量子操作对噪声环境下量子比特系统中熵不确定度的调控.doc

局域量子操作对噪声环境下量子比特系统中熵不确定度的调控不确定性原理是量子理论的基本假设之一,反映了量子力学与经典力学的本质区别,它对两个不对易力学量测量结果的准确性进行了约束。量子存储支撑的熵不确定关系是基于量子纠缠提出的熵不确定关系,它既是对量子理论中基本概念的补充,在量子测量、量子密钥、纠缠见证等方向也极具应用价值,是目前量子信息领域研究的热点问题之一。实际的量子系统不可避免地会与外部环境发生相互作用,引起退相干,造成系统内部噪声增加,量子信息流失,从而使得熵不确定度增加。如何突破噪声环境对量子系统相干性的影响,减少量子系统的熵不确定度,实现低噪声量子信息处理,是当前量子信息领域关注的重大课题。本文提出了两种利用弱测量和PT对称操作调控纠缠量子比特系统中熵不确定度的量子操作方案,取得了一些具有创新性的结果。本文主要内容和研究结果如下:第一章介绍了本文的研究背景。第二章阐述了不确定关系及其研究发展,重点介绍了量子存储支撑的熵不确定关系。第三章介绍了量子运算和量子测量的基本理论,以及弱测量和PT对称操作两种量子操作。第四章将环境噪声分为量子噪声和经典噪声,分别研究了噪声环境下量子存储支撑的熵不确定关系的动力学行为。对局域量子噪声下的一类贝尔对角态,给出了量子存储支撑的熵不确定度更为简单的表达式,讨论了几种典型局域量子噪声下,量子存储支撑的熵不确定关系的演化情况,结果表明量子存储可以降低量子比特系统中的熵不确定度,但环境噪声导致的退相干会削弱甚至消除量子存储的作用,从而引起系统中熵不确定度显著增加。对于经典噪声,研究了随机相位噪声和随机电报噪声对量子存储支撑的熵不确定关系的影响,发现在马尔科夫区域,系统中的量子熵不确定度随时单调增加,而在非马尔科夫区域,系统中的量子熵随时振荡增加,增加速率均与噪声参数有关,因此可以通过控制噪声参数,抑制系统中的熵不确定度增加。第五章研究了在广义振幅阻尼噪声下,局域弱测量操作,对初始制备在纠缠态的两量子比特系统中熵不确定关系的调控作用。通过数值求解,得到了局域弱测量和弱测量反转操作降低系统中量子熵不确定度的最优方案。发现即使在噪声很强、或者长时演化条件下,通过选择合适的弱测量和弱测量反转操作的强度,也能够有效抑制纠缠量子比特系统中的熵不确定度及其下限。并讨论了弱测量和弱测量反转操作强度对纠缠量子比特系统中熵不确定度的不同影响。第六章研究了振幅阻尼噪声下,局域PT对称操作,对初始制备在最大纠缠态的两量子比特系统中熵不确定关系的调控作用。发现较强的PT对称操作能有效降低纠缠量子比特系统中的熵不确定度,当PT对称操作的非厄米性最强时,系统中量子存储支撑的熵不确定度能够降低至其下限。同时,分别从纠缠和非厄米性的角度,给出了PT对称操作降低量子比特系统中熵不确定度的物理机制。第七章对全文进行总结和展望。