量子信息学是量子力学和信息科学共同发展起来的一门交叉性学科,它的内容纷繁复杂,其中量子通信、量子计算和量子密码学是目前关注的焦点。在以上各个领域中最基本且最重要的研究就是对量子纠缠的研究。量子纠缠现象在研究量子信息学的基本问题中占据着至关重要的地位。换句话说,要是没有对量子纠缠现象的进一步探究,就不会有量子信息学的日新月异。因此,越来越多的科学家们都致力于对凝聚态体系的纠缠特性进行定性定量的研究,并开始提出各种各样的纠缠态方案,最后将其应用于实际之中,例如量子稠密编码(quantum dense coding)、量子隐形传态(quantum teleportation)、量子密钥分配(quantum cryptographic key distribution)、量子身份认证(quantum identity authentication)等。在本篇论文中,我们主要论述了量子稠密编码的过程及特性。在进行稠密编码过程的初期,为方便起见研究者们往往会忽视环境与系统的相互作用,从而假定量子系统处于封闭状态,但是忽略环境噪声所带来的纠缠耗散或退相干往往处于理想模型。随着稠密编码过程的进一步发展,为了保证信息编码的准确性和普遍性,研究者们越来越重视环境噪声对系统的影响。基于以上原因,在本篇论文中我们还考虑了一个非马尔科夫环境。事实上,任何一个量子体系都会不可避免地与外界环境发生相互作用,如果初态之间存在关联和纠缠,系统与环境之间的相互作用会导致长时间的记忆效应,那么马尔科夫近似将会失效,从而导致了系统的非马尔科夫性。因此,这篇文章选择了各向异性海森堡XY链,运用了迹距离和纠缠度随时间变化的函数图像,定量分析了马尔科夫过程与非马尔科夫过程之间的相互转化;另外,基于非马尔科夫环境下的双原子体系,推演了哈密顿量和密度矩阵,研究了稠密编码信道容量的性质。本文的结构安排如下:第一章首先介绍了量子信息学的产生与发展以及它的研究现状及前景,然后罗列出了本文第二、三章节所需要的基本知识和理论支撑,最后说明了本文的主要研究内容和章节安排。第二章首先介绍了一个复合模型:各向异性的海森堡XY链。然后写出了它的哈密顿量和密度矩阵。最后研究了两种基于该模型下度量非马尔科夫性的方法,分别是基于迹距离的度量方法以及基于量子纠缠的度量方法。从而得出了非马尔科夫过程的优势:与马尔科夫过程相比,在非马尔科夫过程中,子系统与辅助量子系统之间保持了较高的稳定纠缠。第三章讨论了在非马尔科夫度量下双原子体系中量子稠密编码信道容量的性质。结果表明:对于不同的环境参量Γ(或γ),稠密编码信道容量χ的初始值不同,其中环境参量Γ(或γ)的值越大,也就是说明该系统受到的环境影响越大,那么稠密编码信道容量χ的初始值越小。对于相同的环境参量Γ(或γ),稠密编码信道容量χ随着时间的演化而缓慢减少最终趋于非零的稳定值。通过数据分析我们发现,这个稳定值取决于初态,而并非取决于环境参量,换句话说就是环境噪声只决定稠密编码的进程并不决定其结果。另外,初态的纠缠纯度r对稠密编码信道容量χ也有很大的影响。在同一时刻,纠缠纯度r对稠密编码效率产生积极的影响。纠缠纯度r一定时,稠密编码信道容量χ随着时间的演化缓慢减小,最后趋于一个非零的稳定值。因此,要想进行高效的编码过程,应尽可能选择合适的纯纠缠态。第四章是对以上研究结果的总结与讨论。