【摘 要】
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近几十年来,量子信息科学飞速发展,其中量子纠缠等量子世界中特有的量子资源在其中扮演了重要角色。然而,量子系统与环境不可避免的相互作用所导致的退相干效应一直是制约量子纠缠及其对应的量子科技发展的重要瓶颈。于是,在合适的量子系统中实现稳态的量子纠缠是量子信息科学发展的重要研究方向之一。随着量子网络与量子互联网概念的提出,仅在单量子系统内产生量子纠缠已不足以满足量子科技的需求,在复合量子系统中实现跨能量
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近几十年来,量子信息科学飞速发展,其中量子纠缠等量子世界中特有的量子资源在其中扮演了重要角色。然而,量子系统与环境不可避免的相互作用所导致的退相干效应一直是制约量子纠缠及其对应的量子科技发展的重要瓶颈。于是,在合适的量子系统中实现稳态的量子纠缠是量子信息科学发展的重要研究方向之一。随着量子网络与量子互联网概念的提出,仅在单量子系统内产生量子纠缠已不足以满足量子科技的需求,在复合量子系统中实现跨能量域量子纠缠是未来的重要发展趋势。所谓复合量子系统即两个或多个单量子系统组合而成的复合体系,由于各个子量子系统之间的有效耦合,复合量子系统可以发挥出各个子量子系统的优势,从而扬长补短,更有效地满足量子科技发展的需求。而跨能量域量子纠缠指的是在不同能量域的物理载体之间建立量子纠缠,例如不同频率的微波光子之间的量子纠缠、光频光子与微波光子之间的量子纠缠等,这对于远距传输量子网络或量子互联网至关重要。基于此,本文主要研究了基于复合系统中稳态量子纠缠产生的理论方案,其主要内容包含以下几个部分:1.基于光子、微波光子与力学谐振子之间的辐射压力效应,本文在复合电-光-力系统中提出了实现不同频率的微波模式之间、光与微波模式之间的连续变量量子纠缠理论方案。在实验可行的参数体系下,研究了相关重要参数对以上两种连续变量跨能量域量子纠缠的影响;2.在工作1的基础上,本文在复合电-光-力系统中研究了成对连续变量量子纠缠的性质。在实验可行的参数体系下,参考离散变量成对量子纠缠特性,研究了各个重要物理参数对成对连续变量量子纠缠的影响;3.在新型复合磁基量子系统中,基于由磁基布里渊散射产生的光磁耦合以及由偶极子作用产生的电磁耦合,本文提出了以磁子为媒介的光-微波稳态量子纠缠产生的理论方案。与前两个工作相同,该部分采用对数负性作为量子纠缠的度量,并给出了详尽的理论推导过程。在分析各个磁基复合量子系统的重要物理参数对光-微波稳态纠缠影响的同时,我们还给出了提高光-微波纠缠的几个方案;4.该部分讨论了在复合磁基量子系统中产生的光-微波纠缠的应用—微波量子照明。假设在相同输出功率情况下对未知目标进行探测,与经典微波照明方式以及基于复合电-光-力系统的方案相比,我们的方案展示出了数量级更低的探测错误概率。
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