發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 21:18

　　 相對(duì)論量子信息是一個(gè)新興的交叉領(lǐng)域,它是由量子信息、量子力學(xué)、量子場(chǎng)論和相對(duì)論結(jié)合的交叉學(xué)科。其主要是研究引力對(duì)量子關(guān)聯(lián)、量子相干性和量子密鑰分配的影響,也可以利用量子信息去探測(cè)時(shí)空性質(zhì)。另外一方面,施溫格預(yù)測(cè)在強(qiáng)電磁場(chǎng)中真空是不穩(wěn)定的,會(huì)退化成正反粒子對(duì),這就是施溫格效應(yīng)。本文將研究引力對(duì)多粒子相干性、高斯相干性和高斯操控的影響,并研究糾纏、Discord和互信息在施溫格效應(yīng)下的重新分布。本文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作:首先,我們?cè)趶澢鷷r(shí)空中研究了量子相干性。(1)在史瓦西黑洞背景下,我們研究了Dirac場(chǎng)的多模類GHZ態(tài)的量子相干性。我們發(fā)現(xiàn)l_1模相干性和相對(duì)熵相干性有相似的演化,但是兩種測(cè)量的相干性不完全一樣。隨著Hawking溫度增加,物理可接收的相干性單調(diào)減少,而物理不可接收的相干性從零開(kāi)始單調(diào)增加或者非單調(diào)增加,這依賴可接收模數(shù)和不可接收模數(shù)的比率。可接收的相干性和不可接收的相干性都有凍結(jié)現(xiàn)象。我們建立了可接收的l_1模相干性和不可接收的l_1模相干性之間的單配性關(guān)系。(2)在史瓦西黑洞背景下,我們研究了Dirac場(chǎng)的三模W態(tài)的量子相干性和單配性。隨著Hawking溫度增加,我們發(fā)現(xiàn)量子相干性先下降再出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。我們還發(fā)現(xiàn)在任何Hawking溫度下三模W態(tài)的l_1模相干性等于所有兩模相干性之和,而三模W態(tài)的相對(duì)熵相干性和所有兩模相干性之和的關(guān)系隨著Hawking溫度增加而發(fā)生變化。另外我們把相關(guān)研究推廣到N模W態(tài)。l_1模的單配性關(guān)系依然成立。在無(wú)限大Hawking溫度下,對(duì)于一個(gè)加速觀測(cè)者的相干性在N→∞時(shí)達(dá)到初始相干性,對(duì)于N-1個(gè)加速觀測(cè)者的相干性在N→∞時(shí)達(dá)到初始相干性的一半。這些結(jié)果顯示N模W態(tài)對(duì)于處理相對(duì)論量子信息的任務(wù)是一個(gè)很好的量子資源。(3)在漸近平直黑洞背景下,我們研究了雙模高斯態(tài)的量子相干性。慣性觀測(cè)者Alice觀察模A,盤旋在黑洞視界附近的非慣性觀測(cè)者Bob觀察模B,Anti-Bob觀察黑洞視界內(nèi)的�！�B。我們發(fā)現(xiàn)Hawking效應(yīng)減少模A和模B之間的相干性,然而它不會(huì)在Hawking溫度無(wú)窮大的時(shí)候消失,并凍結(jié)成一個(gè)定值,這個(gè)定值隨壓縮參數(shù)的增大而增大。我們又發(fā)現(xiàn)模A和模ˉB之間的相干性和模B和�！�B之間的相干性隨Hawking溫度增大而增大,這意味著Hawking效應(yīng)轉(zhuǎn)化和產(chǎn)生量子相干性。最后我們研究了量子相干性的單配性關(guān)系。其次,我們?cè)趶澢鷷r(shí)空中研究了量子操控。(1)我們研究了雙模壓縮態(tài)的高斯操控,其中雙模被雙加速觀測(cè)者觀察。我們發(fā)現(xiàn)隨著兩個(gè)觀測(cè)者的加速度增加量子操控會(huì)退化。一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)是哪個(gè)觀測(cè)者擁有更大的加速度就比另一個(gè)觀測(cè)者有更大的量子操控。我們發(fā)現(xiàn)了最大量子操控差發(fā)生的條件。我們還發(fā)現(xiàn)了單向操控、雙向操控和沒(méi)有操控的加速參數(shù)區(qū)域。(2)在黑洞和兩個(gè)熱庫(kù)的背景下,我們研究Hawking輻射和熱褲溫度對(duì)雙模高斯態(tài)的量子操控和糾纏的影響。我們發(fā)現(xiàn)兩種效應(yīng)都可以破壞量子操控和糾纏。對(duì)于有限的Hawking溫度和熱褲溫度,量子操控一直會(huì)猝死,而在零溫度熱褲下量子糾纏不會(huì)猝死。Hawking輻射和不對(duì)稱的熱庫(kù)溫度都可以使量子操控出現(xiàn)不對(duì)稱性,但是后者的效應(yīng)要弱于前者。一個(gè)非直觀的結(jié)果是哪個(gè)觀測(cè)者擁有Hawking溫度或更大的熱庫(kù)溫度就比另一個(gè)觀測(cè)者有更大的量子操控。我們還發(fā)現(xiàn),對(duì)于壓縮參數(shù),Hawking輻射和熱噪音可以改變量子操控和糾纏的漸近值。最后,我們研究Alice和Bob分享的雙模壓縮態(tài)的高斯關(guān)聯(lián)(量子糾纏、Discord和互信息)的施溫格效應(yīng)。我們特別關(guān)注連續(xù)變量的施溫格效應(yīng)與以前研究的費(fèi)米子-費(fèi)米子和qubit-玻色子的區(qū)別。在施溫格效應(yīng)下,我們還研究了關(guān)聯(lián)的重新分布和守恒。
【學(xué)位單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：O413.1
【文章目錄】：
0.1 中文摘要
0.2 英文摘要
第一章 緒論
    1.1 量子相干
        1.1.1 量子相干性
    1.2 量子關(guān)聯(lián)
        1.2.1 量子糾纏
        1.2.2 量子Discord
        1.2.3 量子操控
    1.3 彎曲時(shí)空中的量子場(chǎng)論
        1.3.1 Rindler時(shí)空中標(biāo)量場(chǎng)的量子化
        1.3.2 史瓦西時(shí)空中Dirac的場(chǎng)量子化
    1.4 相對(duì)論量子信息研究現(xiàn)狀
第二章 彎曲時(shí)空中的量子相干性
    2.1 史瓦西黑洞背景下GHZ態(tài)的量子相干性和單配性
        2.1.1 Hawking效應(yīng)下的量子相干性
        2.1.2 量子相干的單配性
        2.1.3 推廣至N粒子系統(tǒng)
        2.1.4 小結(jié)
    2.2 史瓦西黑洞背景下W態(tài)的量子相干性和單配性
        2.2.1 一個(gè)觀測(cè)者加速盤旋在黑洞視界附近的量子相干性
        2.2.2 兩個(gè)觀測(cè)者加速盤旋在黑洞視界附近的量子相干性
        2.2.3 N粒子系統(tǒng)
        2.2.4 小結(jié)
    2.3 彎曲時(shí)空中的高斯相干性
        2.3.1 漸近平直黑洞背景下的高斯態(tài)
        2.3.2 兩模系統(tǒng)的高斯相干性
        2.3.3 三模高斯態(tài)的量子相干性
        2.3.4 小結(jié)
第三章 彎曲時(shí)空中的量子操控
    3.1 雙加速系統(tǒng)中的量子操控
        3.1.1 Rindler時(shí)空中的高斯操控
        3.1.2 小結(jié)
    3.2 史瓦西黑洞背景下高斯操控和糾纏的動(dòng)力學(xué)
        3.2.1 玻色場(chǎng)的Hawking效應(yīng)
        3.2.2 史瓦西黑洞背景下的開(kāi)放系統(tǒng)的高斯操控和糾纏
        3.2.3 小結(jié)
第四章 恒定電場(chǎng)中高斯關(guān)聯(lián)的施溫格效應(yīng)
    4.1 玻色場(chǎng)的施溫格效應(yīng)
    4.2 高斯關(guān)聯(lián)的單邊施溫格效應(yīng)
    4.3 高斯關(guān)聯(lián)的雙邊施溫格效應(yīng)
    4.4 小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間完成的論文
致謝

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