热噪声环境下的纳米机械振子的相互作用与量子态演化与操控理论

以纳米机械振子量子态与量子纠缠的操控为目标，研究量子机械振子系统的相互作用，退相干机制，量子纠缠的演化，动力学解耦与量子纠缠的制备与保护等问题。研究在热库环境下的机械振子量子态、纠缠的演化以及如何通过动力学解耦方法操控量子态，制备深度纠缠，并以此为基础，通过证实纠缠的方式证实机械振子的量子特征。研究振子与两能级系统的相互作用，以及通过操控两能级体系间接操控量子振子的方法。

近几年，纳米制造技术的发展为研究宏观和介观尺度上的量子规律提供了新的实验条件，而理论研究主要集中在振子的冷却和探测振子的量子基态、制备振子的非经典态以及强耦合振子和其他量子系统等。以及，纳米机械振子的基础物理问题和各潜在应用涉及到热噪声环境的制约，故而热库影响的物理机制以及如何克服热库影响而有效操控纳米机械振子量子态是一个带有重大应用前景的基础物理学问题。.我们提出了局域的制备出两个自旋比特之间的最大纠缠、然后将这些一对纠缠的自旋比特再耦合起来的方法。并对于含有缺陷的机械振子的冷却问题得出能使机械振子的布居数有了约60%的成果；对非平衡系统，我们发现只有在系统能级不简并的时候才会有能量流的产生。我们研究了磁场耦合的布朗运动粒子的非平衡系统，发现此时系统满足的将会是推广的热力学第二定律。.我们提出以芝诺型的多次重复测量可以纯化量子纠缠为出发点设计一个体系，只包括有两步测量就可以制备出量子最大纠缠态。其中包含有反馈体系，能够保证有确定的量子纠缠态产生。随后我们指出，在量子精密测量中相位估计的精度与海森堡极限的关联。继而使用纠缠的两模压缩态来分析体系含有耗散的量子系统相位、使用与噪声相关的宇称测量来估计相位。还针对当两个比特和一个共有热库作用时的情况提出了一个方案以实现了快速产生两个比特的量子相移和量子纠缠，还可以快速的在强耦合下制备两比特的门。发现使用弱测量的方法可以有效的保护量子纠缠态。以及在抑制量子噪声、保护量子态方面，我们在传统意义的量子芝诺效应中，通过频繁的测量来抑制量子态的演化，我们的研究结果表明，利用这种算符的量子芝诺效应，我们可以通过测量两个比特来保护量子信息。.并且在实用化的量子通信方案进行了研究，提出了在现实环境下能够大幅提高成码效率的方案。