环境噪音下腔QED的量子关联和量子信息研究

Quantum correlation, as a resource, plays a key role in a lot of quantum information tasks. But in the real word, physical systems which are used in the manipulation of quantum information tasks will be unavoidably influenced by surrounding environments. These interactions between quantum system and environment will lead to decoherence and make quantum information tasks can not be completed. Therefore, understanding the dynamics of quantum correlations of quantum systems under noise environment and exploring the methods to minimize or prevent the influence of noise environment on the quantum correlations is one of the important subjects in the field of quantum information science. This project is planning to study the dynamics of different cavity QED systems under noise envrionment deeply and systematically. We will discuss the influence of various system parameters, Markovian and non-Markovian environments on the dynamics of quantum correlation of the system, and explore the mechanism for the emergence of new phenomenon in these fields of theory and experiment, in the meanwhile, we will also investigate different methods which can be uesd to weaken or eliminate the effect of noise envrionment on quantum correlations in open cavity QED system, and discuss the feasibility of the experimental realization of these schemes. Furthermore, we will study the influence of noise environment on quantum correlation and quantum information tasks when the initial system-environment correlations exist. The study of this project will provide important theoretical basis for the realization of quantum information tasks experimentally under noise envrionment based on the cavity QED system.

量子关联作为一种资源在众多量子信息任务中都扮演着至关重要的角色。但是，用来进行量子信息处理的物理载体不可避免的会受到周围环境的影响而发生退相干，并导致量子信息任务的失败。因此，认识量子系统中量子关联在环境噪音下的动力学性质，并探寻减缓或消除环境噪音对系统量子关联影响的方法，是量子信息科学中重要的研究领域之一。本项目将系统和深入地研究不同腔QED系统在环境噪音下的动力学行为，讨论各种系统参数，马尔科夫环境和非马尔科夫环境等对系统量子关联的影响，并探究这些方面理论和实验中出现的新现象的物理机制；同时也将研究利用不同方法来削弱或消除环境噪音对系统量子关联的影响，探讨实验上的可行方案。此外，当开放腔QED系统与环境之间存在初始关联时，我们将探讨环境噪音对系统量子关联和量子信息处理任务的影响。本项目的研究为环境噪音下基于腔QED系统的量子信息任务的实验实现提供了重要的理论依据。

量子关联在众多量子信息任务中都扮演着至关重要的角色。但是，用来进行量子信息处理的物理载体不可避免的会受到周围环境的影响而发生退相干，并导致量子信息任务的失败。因此，这一方面的研究是量子信息科学中重要的研究领域之一。我们针对开放量子系统量子关联方面进行了几个方面的研究。首先，利用腔QED模型，借助迹距离等度量方法，对开放系统与环境之间的信息交换和信息流动进行了研究，并计算了time-dependent magnetic fields对开放系统与环境之间的信息流动和交换的影响，发现可以利用time-dependent magnetic fields来抑制开放系统和环境之间的信息流动和交换，以此来达到消除目标量子系统受到环境噪音的影响。其次，我们研究了量子dissonance在刻画量子相变的应用，发现量子dissonance在量子相变点附近会出现非常尖锐的突变，比量子纠缠和量子discord能够更加有效的反应量子相变点，是更加敏感的量子相变点指示剂，另外，在噪声环境下研究了量子dissonance的动力学演化情况，分析了量子噪声对量子dissonance的影响，发现在某些初始态下量子discord的变化趋势会发生突然转变，而这个转变点正好也是量子dissonance变化趋势的转变点，同时研究发现在噪音环境下经典场可以起到量子dissonance抗干扰作用。最后，在热环境噪音和低频环境噪音的开放系统中，讨论了系统参数，环境参数等相关物理量对量子关联动力学演化的影响，同时探究研究过程中出现的各种现象的物理原因，并计算了利用dynamical decoupling pulses来抑制环境噪音对开放系统量子关联衰退的影响，发现可以利用dynamical decoupling pulses来抑制低频噪音环境对开放量子比特的影响，从而保护其内部宝贵的量子资源，并为量子信息任务提供支持。