腔量子电动力学(Cavity quantum electrodynamics)是实现量子信息的重要方法之一,也是目前在实验上获得决定性多粒子纠缠(Deterministic multi-particle entanglement)的物理系统。利用腔QED系统可以实现原子量子比特和光子量子比特之间的转变,从而完成量子信息过程。Jaynes-Cummings模型和Tavis-Cummings模型是处理量子光学和量子信息学中有关问题简单有效的理论模型,并且在一定条件下可得到解析解,有一定的理论和现实意义,所以日益为人们所关注。 近年来,以量子通讯和量子计算为主要内容的量子信息学作为一门新兴学科日益发展起来,尤其是在实验中取得的另人瞩目的成就推动了量子光学和量子信息学理论研究的进一步深化。量子纠缠态在量子计算、量子通信等领域的初步应用极大地推动了量子光学和量子信息学基本理论的发展。非经典光场具有与经典光场明显不同的特性,尤其是压缩光在某一分量上具有比真空涨落更小的噪声起伏,以此作为信息载体将能得到更高的信噪比,所以是一个十分诱人的信息传送资源。 光与原子或分子系统的相互作用是一个古老的课题,但随着60年代激光器的产生和实验技术的提高,这一课题又焕发出了新的活力。人门在光与原子作用过程中,发现了光和原子许多前所未有的特性。进一步了解并深入探讨光与原子作用过程中原子和光场所具有的非经典特性无论是在理论还是实验上都具有很现实的意义。 本文是以比较成熟的J-C模型和T-C模型为基础,探讨一系列原子和光场作用中的有关量子光学和量子信息问题。论文的主要内容包括以下几个方面: 1.研究存在kerr介质时,J-C模型中二能级原子和单模光场作用过程中,原子和光场的Von Neumann熵的演化,讨论原子和光场的纠缠随时间演化情况。研究发现,Kerr介质对纠缠态性质有较大影响,并且这种影响是非线性的。当X=2g时,系统可以长时间保持最大纠缠态。继续增大kerr效应将使系统不能达到最大纠缠。