彎曲時(shí)空基本量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化、幾何相和量子糾纏.pdf

1、量子信息科學(xué)的發(fā)展，推動了人們對各種可應(yīng)用于量子信息處理的物理體系的廣泛研究。然而，由于量子系統(tǒng)與環(huán)境之間存在著不可避免的相互作用，任何真實(shí)的量子系統(tǒng)都不可能是孤立系統(tǒng)。不同的環(huán)境可能會導(dǎo)致量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化行為完全不同。因此，通過研究開放量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化行為，我們可以獲得與其耦合的環(huán)境的相關(guān)信息。在本文中，我們利用開放量子系統(tǒng)理論研究了一個基本量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化，并討論了其幾何相和量子糾纏行為，得到了以下主要結(jié)論:
　　

2、1.我們研究了Schwarzschild黑洞外部固定位置處與Unruh真空中漲落電磁場耦合的兩能級原子的動力學(xué)演化問題。通過求解這個兩能級原子的主方程，我們分析了其躍遷率和最終所達(dá)到的穩(wěn)態(tài)。結(jié)果表明，在經(jīng)歷了足夠長時(shí)間的演化之后，原子會熱化到一個與初態(tài)無關(guān)，而與其躍遷頻率有關(guān)的熱混合態(tài)，這一行為與一個穩(wěn)態(tài)非熱平衡環(huán)境中電介質(zhì)附近原子的動力學(xué)演化行為非常類似。因此，我們的結(jié)果一方面說明了Unruh真空非熱平衡的本性，另一方面也表明，原則上

3、可以在實(shí)驗(yàn)室中利用人工超材料構(gòu)建穩(wěn)態(tài)非熱平衡電磁環(huán)境來模擬黑洞Hawking輻射的某些特征。
　　2.以開放量子系統(tǒng)的動力學(xué)演化為基礎(chǔ)，我們進(jìn)一步研究了一個開放兩能級原子的幾何相。我們分別考慮了Minkowski真空中的勻加速原子、理想無窮大全反射平面附近的慣性原子，以及Schwarzschild黑洞外部的靜止原子這三種情形。對于Minkowski真空中勻加速兩能級原子，我們發(fā)現(xiàn)其幾何相存在由加速度帶來的修正項(xiàng)，因此原則上可以利用

4、干涉實(shí)驗(yàn)通過測量慣性原子和加速原子的幾何相位差來驗(yàn)證Unruh效應(yīng)。對于理想無窮大全反射平面附近的情形，原子的幾何相與其到邊界的距離有關(guān)，這是由于邊界的存在使得真空中漲落電磁場的模式發(fā)生了改變。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們提出了利用原子干涉實(shí)驗(yàn)測量到邊界距離不同的慣性原子之間的幾何相位差來直接探測被反射邊界所改變的電磁場真空漲落的方案。對于Schwarzsehild黑洞外部的情形，我們分別討論了與Boulware，Unruh和Hartle-Haw

5、king三種真空標(biāo)量場耦合的靜止原子的幾何相。我們發(fā)現(xiàn)，與平直時(shí)空的結(jié)果相比，Schwarzschild黑洞外部原子的幾何相存在由時(shí)空曲率反散射和Hawking輻射帶來的修正項(xiàng)，原則上為我們觀測彎曲時(shí)空量子效應(yīng)提供了新的思路。
　　3.在單原子動力學(xué)演化研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了彎曲時(shí)空中兩原子系統(tǒng)的動力學(xué)演化，并探討了它們之間量子糾纏產(chǎn)生問題。首先，我們討論了與Sehwarzsehild時(shí)空中真空標(biāo)量場耦合的靜止兩原子系統(tǒng)平