海森堡模型中糾纏特性的研究.pdf

1、量子力學與現代信息科學相融合產生了一門新興交叉學科——量子信息學,它包括量子通信和量子計算兩個部分。量子信息科學誕生于上世紀80年代,并在各國政府、科技界和產業(yè)界的高度關注下迅猛發(fā)展。量子信息技術依靠量子相干性、糾纏性、非局域性和不可克隆性等基本量子特性,可以突破現有信息技術的物理極限,實現現有信息技術所無法完成的功能。
　　然而,在實際操作中,實現大規(guī)模的量子信息處理需要擁有合適的物理系統(tǒng),它必須既滿足量子比特能很好的保持相干性

2、,實現與外界良好的隔離,又滿足能精確有效地控制整個系統(tǒng)的演化。另外,由于物理世界本身的要求,該物理系統(tǒng)還必須具有良好的可擴展性和集成性。因而,尋找能有效實施大規(guī)模量子信息處理的物理系統(tǒng)是至關重要的。國內外科學家的廣泛研究表明,固態(tài)系統(tǒng)將是最有可能實現量子計算的物理系統(tǒng),特別是超導量子比特和量子點系統(tǒng)。由于海森堡模型是一種簡單的能夠在固態(tài)系統(tǒng)中實現的模型,因而對固態(tài)海森堡模型的研究成為國際研究的熱點。
　　量子糾纏是量子力學不同于經

3、典物理的最不可思議的奇妙現象,它在量子系統(tǒng)中表現了奇特的非局域關聯,是進行量子信息處理的重要資源。海森堡模型作為一個簡單并且現實的物理模型,是產生和控制糾纏態(tài)的理想模型。因而,對固態(tài)海森堡系統(tǒng)中的量子糾纏的研究吸引了國內外學者的廣泛興趣。在現實中,由于一個真實的物理系統(tǒng)總是存在于有限的溫度下,這樣人們會很自然地去考慮系統(tǒng)熱平衡時的狀態(tài)(熱態(tài))。熱態(tài)時的糾纏稱為熱糾纏,熱糾纏具有不同于其它種類糾纏的穩(wěn)定性的優(yōu)點,它在制備過程中,既不需要測

4、量也不需要相互作用的控制。
　　鑒于固態(tài)海森堡模型中的糾纏在量子信息領域所發(fā)揮的越來越重要的作用,我們在論文中深入研究了海森堡模型中的糾纏在各種參量下的特性。這項工作涉及量子力學的基礎問題,是一項有意義的工作。本論文的主要研究工作如下:
　　一、研究了不同磁場對海森堡模型中熱糾纏的影響。結果顯示,減小磁場的大小可以提高系統(tǒng)的熱糾纏。另外,調整磁場的方向也可以有效地提高系統(tǒng)的熱糾纏。以XY模型為例,勻強磁場的最佳方向在具有最大

5、自旋-自旋相互作用分量的坐標軸上,非勻強磁場的最佳方向在具有最小自旋-自旋相互作用分量的坐標軸上。因而,我們可以通過調整磁場的大小和方向來得到更有效的糾纏控制參量。
　　二、研究了不同Dzyaloshinskii-Moriya相互作用參量對海森堡模型中熱糾纏的影響。結果顯示,增加DM耦合參量的大小可以提高系統(tǒng)熱糾纏。另外,調整DM矢量的方向也可以有效地提高系統(tǒng)的熱糾纏,最佳DM軸向矢量的方向在具有最大自旋-自旋相互作用分量的坐標軸

6、上。因而,我們也可以通過調整DM矢量的大小和方向來得到更有效的糾纏控制參量。
　　三、研究了海森堡XYZ模型中的基態(tài)糾纏和熱糾纏。結果顯示,改變參量的大小可以改變其它參量的臨界值,從而影響系統(tǒng)的糾纏。例如,增加DM耦合參量或非勻強磁場的大小可以提高臨界溫度,從而使熱糾纏能夠存在于更高的溫度下,這將大大降低實現大規(guī)模量子信息處理的難度。
　　四、研究了海森堡XYZ模型中熱糾纏的最佳參量組合。結果顯示,自旋-自旋耦合參量具有四組