应用量子纠缠态表象研究玻色实现下自旋压缩系统的演化与退相干

Spin squeezing can result in greater squeezing degree and more easily be stored than boson squeezing, and it can significantly improve the storage fidelity, so the study of spin squeezing has been attracting attention strongly. Furthermore, spin squeezing and quantum entanglement are linked tightly, which is important for studying quantum information. In previous works, all of the research subjects are the direct products of discrete spin states. However, in this present research project we try to use the thermal field dynamics theory and the entangled state representations to address evolution and decoherence of spin squeezing systems in boson realizations (the typical continuous-variable systems). We plan to study the analytical evolutions of these spin squeezing systems under some decoherence environments, and then show how the decoherence effects influence spin squeezing and quantum entanglement. Through investigating the interaction of this type of system with the environments, we want to find the key factors and the micro mechanism causing the decoherence effects, and propose the efficient ways for overcoming deocherence. This work is not only important in theory, but also provides references for experimenters realizing certain specific quantum information processing.

自旋压缩比玻色压缩可实现更大程度的压缩且更易存储，还可以大大提高量子存储的保真度，因此关于自旋压缩的研究受到极大关注。另外，自旋压缩与量子纠缠有着紧密联系，对于量子信息的研究也有着重要的意义。以往的研究对象主要集中在分立自旋态的直积态方面，本项目拟采用热场动力学方法，应用量子纠缠态表象来处理玻色实现下自旋压缩系统(连续变量系统)的演化与退相干问题。研究这类自旋压缩系统在一些退相干环境中的解析演化，揭示退相干效应对自旋压缩、量子纠缠等行为的影响；探讨这类系统与环境之间的相互作用规律，寻找引起退相干的关键因素及其微观机制，以期发现抑制退相干的有效方法。这些工作不但在理论上具有重要意义，而且还可能为实验工作者实现量子信息处理中某些实际过程提供必要参考。

自旋系统的压缩与纠缠有着密切联系，这对量子信息的相关研究有着重要意义。然而，系统的退相干效应却是限制其纠缠应用的主要因素。因此，研究自旋压缩系统的纠缠及其退相干对量子信息的发展有重要推动作用。在指导学者浙江大学王晓光教授的指导下，本课题围绕量子纠缠态方法处理自旋压缩系统的纠缠与退相干为研究重点，所取得主要研究成果有如下几方面：利用纠缠态方法求解了多种描述退相干模型的量子主方程，如热库费米主方程、热库中被谐振外场驱使的单模腔的主方程、共振力作用下的扩散方程等，给出了表征系统退相干规律的Kraus算符和解，并解析地揭示了系统的退相干机制；利用冷冻自旋近似找到了调控玻色约瑟夫森结自旋压缩效应的新方法；提出了控制电容耦合双约瑟夫森结电荷量子比特的新方法，并讨论了外加磁场作用下体系量子态时间演化的拉比振荡现象及纠缠特性。可以相信，本项研究成果的取得，不但在理论上具有重要意义，而且还可能为实验工作者实现量子信息处理中某些实际过程提供必要参考。