多体系统动力学中内部纠缠与外部量子关联的单配性

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量子关联是量子物理最基本的特性之一,也是量子信息处理中的一类重要的物理资源。量子关联的分布具有单配性的特点,即它在多体系统中不能自由地分享,其量化描述可以通过关联分布的单配性不等式来描述。量子纠缠是最典型的量子关联之一,Coffman等人于2000年给出了第一个量化的纠缠分布不等式(即CKW不等式),随后这一不等式被推广到多粒子系统及不同类型的量子关联度量。2017年,法国的Camalet从局域量子系统的内部纠缠与系统加环境的外部纠缠出发[14],分析了内部纠缠与外部纠缠之间的限制关系并给出一种新的不同于CKW类型的纠缠单配性不等式。2018年,这一新型不等式被推广到内部纠缠与外部量子关联。这类新型的单配性不等式反映了内部系统和外部系统之间量子资源分享的限制,但是在实际应用中还有一些具体困难。特别是,由于这类不等式对资源度量选取的特定限制,使其外部资源的量化往往十分困难。我们的研究工作致力于解决这个问题,并且进一步研究多体量子系统动力学过程中内部量子资源与外部量子资源的演化特性。论文的内容分为三个部分。第一章介绍了常用的量子关联的度量方法以及量子关联分布的单配性不等式,并进一步概述了多体系统动力学过程中的纠缠分布不等式和腔库系统的纠缠演化。在第二章中,我们研究了三量子比特系统中内部纠缠与外部纠缠分布的限制关系,利用形成纠缠和协并度纠缠,解析地证明了一类易于计算的纠缠单配性不等式。进一步,我们利用这一新的工具分析了三量子比特纯态标准型的纠缠特性,并考察了三体腔库系统动力学过程中内部与外部纠缠的转化。第三章研究了多体系统中内部贝尔非局域性与外部量子关联之间分布特性。我们给出了内部贝尔非局域性与外部贝尔非局域性、量子纠缠以及几何量子失协之间的关联分布不等式。进而研究了在比特翻转通道、腔库耗散系统等动力学过程中,内部非局域性与外部量子关联的演化特性。论文的最后部分,我们对论文的研究结果进行了总结并展望了下一阶段研究方向和设想。
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