开放量子系统非马尔科夫动力学过程量子仿真研究

With the help of the quantum simulation technology, the dynamics properties of the open quantum system coupling with Lorentzian environment and its applications in quantum information processing will be studyed in this project. By constructing the equivalent and controlable quantum simulation model of special non-Markovian open quantum systems, we will explore the quantum simulation metheds and quantum manipulation for the non-Markovian dynamics process, investigate the non-Markovian evolutions and dynamics properties of the system with initial correlation to environment, and reveal the physical mechanism of non-Markovian dynamics for the special open quantum systems. The quantum simulation model is used to investigate the ways of quantum information processing realization in the open quantum systems, such as quantum entanglemnt manipulation, persistence of quantum correlation, quantum information storage and controlling of quantum non-Markovian communication channel. There are great thoretical meaning for enriching the theories of open quantum system and potential application prospects for promoting the further development of quantum information processing in practice.

本项目拟对Lorentzian结构库环境中开放量子系统non-Markovian动力学过程的量子仿真理论及其在量子信息处理中的应用开展研究。通过构建开放量子系统non-Markovian过程的可控等价量子仿真模型，探究开放量子系统与环境存在初始关联时non-Markovian动力学演化规律以及non-Markovian特性，探寻non-Markovian过程的量子仿真与量子调控方法，揭示特定开放量子系统的non-Markovian动力学的物理机制，实现特定开放量子系统中量子纠缠操纵、量子关联保持、量子信息存储、量子non-Markovian信道调控等量子信息处理任务。这对于丰富开放量子系统理论、推进量子信息处理实用化进程具有重要理论意义和潜在应用价值。

本项目通过构建特定非马尔科夫开放量子系统的可控等价量子仿真模型，探寻了非马尔科夫过程的量子仿真与量子调控方法，探究了特定开放量子系统非马尔科夫动力学演化规律以及非马尔科夫特性，利用量子discord、量子纠缠度等探讨开放量子系统非马尔科夫效应强弱的度量方法，提出了几种特定开放量子系统的可控等价量子仿真模型，以及多种量子远程通信理论实现方法。具体为：研究了开放量子系统中量子熵不确定度动力学性质，利用量子存储系统降低目标量子系统熵不确定度，并在非马尔科夫环境下提出了量子存储支撑的熵不确定度调控方案；研究了两自旋海森堡XYZ链中DM相互作用及自旋相互作用对量子存储支撑熵不确定关系的影响，并研究开放海森堡自旋链量子系统中量子存储支撑熵演化动力学性质；提出了有限源非对称“4+2”量子通信方案，并研究了开放环境中量子资源与远距离量子信道均有噪声的情况下保密通信系统的关键性能指标；提出了缺陷光学系统中量子信息远程传输的理论模型，以及完全私密性相干方法，导出了对应的相干性方程，模拟了系统所能实现的信息传输效率、相干性等关键性能指标以及优化调控方式；提出了任意开放环境中量子信息远程相干共享的广义理论模型及其约化模型，导出了可定量分析系统性能的解析方程，并对模型所涉及的可实验性光学系统进行了仿真模拟。项目研究取得了许多重要成果：在国内外专业学术期刊发表SCI论文9篇；成功举办了第十八届全国量子光学学术会议、第二届量子信息、演生时空及拓扑物态国际学术会议；项目组成员1人晋升二级教授，1人获博士学位，2人成为青年骨干教师，1人获得硕士研究生导师资格，培养研究生2名，均获得硕士学位。项目成果对实现开放系统中量子信息处理任务的实现具有十分重要的意义。