本文研究了一個(gè)雙量子比特系統(tǒng)中的量子糾纏和量子失協(xié)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,在我們的模型中僅一個(gè)量子比特與級(jí)聯(lián)環(huán)境相互作用。其中,級(jí)聯(lián)環(huán)境由兩層環(huán)境所組成,第一層環(huán)境為單個(gè)損失腔c₀,而第二層環(huán)境是由存在耦合的N個(gè)損失腔所充當(dāng)。結(jié)果表明:隨著N和兩層環(huán)境間耦合系數(shù)κ的增大,量子關(guān)聯(lián)可得到有效提高。同時(shí),量子比特與腔c₀間的耦合系數(shù)Ω₀,第二層環(huán)境的腔衰減率Γ和近鄰腔模間的耦合系數(shù)Ω對(duì)量子關(guān)聯(lián)也有著重要影響。另外,我們發(fā)現(xiàn),量子失協(xié)和量子糾纏有類似的演化行為,但量子失協(xié)總小于或等于糾纏且比糾纏衰減地更快。 

【文章來(lái)源】：量子光學(xué)學(xué)報(bào). 2020,26(02)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ取不同值時(shí),糾纏C(ρAB)在弱耦合體系Ω0=0.2Γ0(見(jiàn)(a)和(b))和

圖1描述了當(dāng)?shù)诙䦟迎h(huán)境中的腔耗散和近鄰腔模間的耦合強(qiáng)度等于零(即Γ=Ω=0)而改變第二層環(huán)境的腔數(shù)N時(shí),共生糾纏度C(ρAB)分別在弱耦合(Ω0=0.2Γ0)和強(qiáng)耦合(Ω0=0.4Γ0)兩種情況下隨無(wú)量綱時(shí)間Γ0t的變化曲線,其中圖1(a)和圖1(c)對(duì)應(yīng)著κ=0.2Γ0,而圖1(b)和圖1(d)中的κ=0.5Γ0。圖1表明,糾纏隨時(shí)間都會(huì)經(jīng)歷阻尼振蕩,由最大值單調(diào)減小到最小值,然后伴隨著再生現(xiàn)象的出現(xiàn),最終趨于一個(gè)穩(wěn)定值;第二層環(huán)境的腔數(shù)N越大,越有利于糾纏的保持和量值的提高。從圖1(a)和圖1(b)(或圖1(c)和圖1(d))可知,第一層環(huán)境的腔c0與第二層環(huán)境的腔cn間的耦合強(qiáng)度κ越大也越有利于糾纏的存在。此外,對(duì)比圖1(a)和圖1(c)還可發(fā)現(xiàn),糾纏在強(qiáng)耦合體系的量值總是小于弱耦合體系時(shí)的量值(t=0時(shí)刻除外),且糾纏呈現(xiàn)了更加明顯的阻尼振蕩行為。值得一提的是,我們的數(shù)值計(jì)算進(jìn)一步表明,當(dāng)κ取值非常小,比如κ=0.05Γ0但其它參數(shù)不變時(shí),C(ρAB)在弱耦合體系僅單調(diào)衰減為一個(gè)穩(wěn)定值,但在強(qiáng)耦合體系會(huì)發(fā)生猝生和糾纏的保持現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn),本文省略了它們的相關(guān)示意圖。圖2展現(xiàn)了改變腔數(shù)N、耦合強(qiáng)度κ以及鄰近腔耦合Ω時(shí),糾纏在弱、強(qiáng)耦合情況下的時(shí)間變化行為,其中第二層環(huán)境中的腔耗散Γ=0.1Γ0。此外,弱耦合體系中的Ω0=0.2Γ0(見(jiàn)圖2(a)和圖2(b)),而強(qiáng)耦合體系中的Ω0=0.4Γ0(見(jiàn)圖2(c)和圖2(d))。從圖2可以清楚地看到:(1)當(dāng)Ω和Γ不為零時(shí),不存在糾纏的保持現(xiàn)象,這一點(diǎn)明顯不同于圖1;(2)在弱耦合體系中,糾纏除了在初始演化時(shí)間有非常小的振蕩現(xiàn)象外,將隨時(shí)間單調(diào)遞減。在強(qiáng)耦合體系,糾纏則表現(xiàn)出更加明顯的震蕩、再生行為,但最終單調(diào)消失;(3)更大的N和κ更有利于糾纏的存在,這一點(diǎn)與圖1相同;(4)鄰近腔耦合強(qiáng)度Ω的增大,一方面加速了糾纏的衰減,一方面減弱了腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ對(duì)糾纏的優(yōu)勢(shì)。此外,我們進(jìn)一步的數(shù)值結(jié)果顯示,κ取值較小(如κ=0.05Γ0)而其它參數(shù)不變的情況下,C(ρAB)在弱耦合體系僅以單調(diào)遞減方式衰減,而在強(qiáng)耦合體系會(huì)發(fā)生再生現(xiàn)象,該結(jié)果和Γ=Ω=0時(shí)的情況相類似。

我們基于一個(gè)雙量子比特系統(tǒng),詳細(xì)討論了不同耦合體系下級(jí)聯(lián)環(huán)境對(duì)量子糾纏和量子失協(xié)的影響。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn),我們的研究?jī)H限定于一個(gè)量子比特受環(huán)境影響,而另外一個(gè)量子比特與環(huán)境無(wú)作用的情況。結(jié)果表明,在弱(強(qiáng))耦合體系中,第二層環(huán)境的腔數(shù)N和兩層環(huán)境間的耦合常數(shù)κ的增加都可以致使量子關(guān)聯(lián)出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象,同時(shí)能延長(zhǎng)量子關(guān)聯(lián)的存活時(shí)間或提高其量值;量子失協(xié)與糾纏有類似的動(dòng)力學(xué)行為,但其量值總不大于糾纏且比糾纏衰減地更快。當(dāng)?shù)诙䦟迎h(huán)境為理想腔(Γ=0)且它們間的耦合強(qiáng)度Ω=0時(shí),隨著時(shí)間的進(jìn)行,我們發(fā)現(xiàn):(1)對(duì)于非常小的κ,量子關(guān)聯(lián)在強(qiáng)耦合體系會(huì)發(fā)生猝生和保持現(xiàn)象,而在弱耦合體系量子關(guān)聯(lián)將會(huì)無(wú)阻尼振蕩地單調(diào)衰減為一個(gè)穩(wěn)定值;(2)對(duì)于一般的κ來(lái)說(shuō),量子關(guān)聯(lián)都會(huì)在震蕩后變?yōu)橐粋�(gè)穩(wěn)定值。但當(dāng)Ω和Γ不為零時(shí),量子關(guān)聯(lián)將會(huì)漸進(jìn)消失,不會(huì)出現(xiàn)保持現(xiàn)象。此外,鄰近腔耦合強(qiáng)度Ω的增大,一方面加速了量子關(guān)聯(lián)的衰減,另一方面減弱了腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ對(duì)量子關(guān)聯(lián)的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上,我們的研究?jī)?nèi)容可以直接擴(kuò)展到同時(shí)與級(jí)聯(lián)環(huán)境相互耦合的多量子比特系統(tǒng),有關(guān)它們的量子關(guān)聯(lián)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的探討是我們接下來(lái)要做的工作。圖4 腔數(shù)N和耦合強(qiáng)度κ取不同值時(shí),量子失協(xié)D(ρAB)在弱耦合體系Ω0=0.2Γ0(見(jiàn)(a)和(b))和

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多環(huán)境影響下的量子導(dǎo)引動(dòng)力學(xué)[J]. 白雪云,李軍奇.  量子光學(xué)學(xué)報(bào). 2019(02)



本文編號(hào)：3214652