三粒子海森堡掺杂系统中外部磁场对量子纠缠的影响文献综述

 2023-11-10 02:11

文献综述

(1)研究的现状及发展现状及发展趋势:

自从二十世纪二十年代中期量子力学的基本理论形成以来,对于量子纠缠的研究就一直是量子理论基本问题研究的重要课题。量子力学的创始人以其深刻的洞察力提出了EPR佯谬和薛定谔猫态,预示了量子理论的基本问题及未来的发展方向,量子纠缠理论正是在这一方向上产生的。其中,量子纠缠态已成为当代量子理论的一个关键性概念,在量子信息技术中有重要的应用,其研究是当前量子理论的一个前沿热点方向。量子纠缠理论为量子信息技术的发展打开了广阔的应用前景,使得量子信息与量子计算这一跨学科的交叉研究领域在过去二十多年中从星星之火发展到了燎原之势,带来了当代科学技术的最大变革。随着量子信息技术的迅猛发展,作为它的重要基础之一的量子纠缠态的定性和定量研究很自然地获得广泛的研究。这方面的研究是很广泛的,既有理论上的又有实验上的问题,既有物理方面的也有数学方面的探讨,它们相互融合相互促进,形成了当代量子理论中的一个重要研究方向。量子纠缠在量子通讯领域将发挥巨大的作用,目前我国发射的量子卫星“墨子号”就是该理论的应用成果。同时,多粒子量子系统可能在未来技术中发挥重要作用,做到在经典物理学框架下完全不可能的事情,如从反窃听信息传输、解决计算难题的高效算法,到改进照相印刷分辨率的技术等。在这些应用中,纠缠态是基本资源,精确地表现了经典物理学与量子力学不同的地方,具有不可替代的重要地位。2016年12月,中国科学技术大学潘建伟院士及同事陆朝阳、陈宇翱等近期在量子信息科研领域再获重大突破,他们通过两种不同的方法制备了综合性能最优的纠缠光子源,首次成功实现“十光子纠缠”,再次刷新了光子纠缠态制备的世界纪录。

(2)研究意义和价值:

近十几年来,作为量子通信和量子计算中的一个重要资源,量子纠缠越来越引起了人们的极大关注。在不同的量子体系中对纠缠进行计算和调控成为研究的热点课题之一。在这样的量子系统中,纠缠总是和系统的一些内在性质有着深刻的联系,如能量,自旋磁化率,以及量子相变等,因此可以通过对纠缠的研究来发现和解释相关现象。目前,利用Concurrence , Negativity ,以及相对嫡纠缠度等度量方法,对于量子自旋体系中基态和热平衡态下的两体纠缠,人们己经获得了很多有意义的结论。例如,通过对一些外部和内部参量的调节,如温度,各向异性以及外界磁场等,可以对量子纠缠进行有效的改变和调控,进而应用到量子通信和量子计算中。而在凝聚态理论中,人们还发现在系统中加入一定的掺杂因子,可以引起系统中包括纠缠在内的一些物理性质的显著变化。最近,有研究表明,来自各向异性相互作用的掺杂会引起纠缠性质的变化,因此可以通过控制掺杂的各向异性因子来对纠缠的分布进行有效的调制。另外,在自旋为1/2的量子体系中掺入一个自旋,也可以改变系统内的成对纠缠,并且改变掺杂自旋的位置,系统内的纠缠性质会产生不同的变化。因此,对于复杂的自旋链结构,有必要就掺杂自旋对整个体系纠缠性质的影响作进一步的研究。

所以,基于上述的情形,本篇文章主要研究的便是三粒子海森堡掺杂系统中磁场对量子纠缠的影响,从量子纠缠的定义出发,利用纠缠度量Concurrence的计算方法,研究三粒子海森堡自旋粒子间的纠缠,通过精确对角化,分析量子纠缠随温度变化的过程,去总结三自旋掺杂系统中量子纠缠随均匀磁场的变化规律以及最终明确三自旋掺杂系统中非均匀磁场对量子纠缠的影响。此外,本篇文章的重点是导出在磁场作用下三粒子海森堡自选系统中量子纠缠的表达式和利用MATLAB软件,分析非均匀磁场下量子纠缠随温度或其他参数的变化规律。

(3)参考文献:

[1]. 李承祖, 量子通信和量子计算[M],国防科技大学出版社,2006.

[2]. 张永德,吴盛俊,侯广,黄民信.量子信息论-物理原理与某些进展[M].华中师范大学出版社,2002.

[3]. D. Bouwmeester, J. W. Pan, M.Daniell, H. Weinfurter, and A. Zeilinger, Observation of three-photonGreenberger-Horne-Zeilinger entanglement [J], Phys. Rev. Lett. 1999, 82: 1345.

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