發(fā)布時間：2020-11-19 21:18

　　 相對論量子信息是一個新興的交叉領域,它是由量子信息、量子力學、量子場論和相對論結合的交叉學科。其主要是研究引力對量子關聯(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時空性質。另外一方面,施溫格預測在強電磁場中真空是不穩(wěn)定的,會退化成正反粒子對,這就是施溫格效應。本文將研究引力對多粒子相干性、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下的重新分布。本文主要完成了以下幾個方面的工作:首先,我們在彎曲時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模相干性和相對熵相干性有相似的演化,但是兩種測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減少,而物理不可接收的相干性從零開始單調增加或者非單調增加,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系。(2)在史瓦西黑洞背景下,我們研究了Dirac場的三模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)的相對熵相干性和所有兩模相干性之和的關系隨著Hawking溫度增加而發(fā)生變化。另外我們把相關研究推廣到N模W態(tài)。l_1模的單配性關系依然成立。在無限大Hawking溫度下,對于一個加速觀測者的相干性在N→∞時達到初始相干性,對于N-1個加速觀測者的相干性在N→∞時達到初始相干性的一半。這些結果顯示N模W態(tài)對于處理相對論量子信息的任務是一個很好的量子資源。(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。慣性觀測者Alice觀察模A,盤旋在黑洞視界附近的非慣性觀測者Bob觀察模B,Anti-Bob觀察黑洞視界內的�！�B。我們發(fā)現(xiàn)Hawking效應減少模A和模B之間的相干性,然而它不會在Hawking溫度無窮大的時候消失,并凍結成一個定值,這個定值隨壓縮參數(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效應轉化和產(chǎn)生量子相干性。最后我們研究了量子相干性的單配性關系。其次,我們在彎曲時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者觀察。我們發(fā)現(xiàn)隨著兩個觀測者的加速度增加量子操控會退化。一個有趣的發(fā)現(xiàn)是哪個觀測者擁有更大的加速度就比另一個觀測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、雙向操控和沒有操控的加速參數(shù)區(qū)域。(2)在黑洞和兩個熱庫的背景下,我們研究Hawking輻射和熱褲溫度對雙模高斯態(tài)的量子操控和糾纏的影響。我們發(fā)現(xiàn)兩種效應都可以破壞量子操控和糾纏。對于有限的Hawking溫度和熱褲溫度,量子操控一直會猝死,而在零溫度熱褲下量子糾纏不會猝死。Hawking輻射和不對稱的熱庫溫度都可以使量子操控出現(xiàn)不對稱性,但是后者的效應要弱于前者。一個非直觀的結果是哪個觀測者擁有Hawking溫度或更大的熱庫溫度就比另一個觀測者有更大的量子操控。我們還發(fā)現(xiàn),對于壓縮參數(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)的高斯關聯(lián)(量子糾纏、Discord和互信息)的施溫格效應。我們特別關注連續(xù)變量的施溫格效應與以前研究的費米子-費米子和qubit-玻色子的區(qū)別。在施溫格效應下,我們還研究了關聯(lián)的重新分布和守恒。
【學位單位】：湖南師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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 彎曲時空中的量子場論
        1.3.1 Rindler時空中標量場的量子化
        1.3.2 史瓦西時空中Dirac的場量子化
    1.4 相對論量子信息研究現(xiàn)狀
第二章 彎曲時空中的量子相干性
    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
    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 一個觀測者加速盤旋在黑洞視界附近的量子相干性
        2.2.2 兩個觀測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
    2.3 彎曲時空中的高斯相干性
        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
第三章 彎曲時空中的量子操控
    3.1 雙加速系統(tǒng)中的量子操控
        3.1.1 Rindler時空中的高斯操控
        3.1.2 小結
    3.2 史瓦西黑洞背景下高斯操控和糾纏的動力學
        3.2.1 玻色場的Hawking效應
        3.2.2 史瓦西黑洞背景下的開放系統(tǒng)的高斯操控和糾纏
        3.2.3 小結
第四章 恒定電場中高斯關聯(lián)的施溫格效應
    4.1 玻色場的施溫格效應
    4.2 高斯關聯(lián)的單邊施溫格效應
    4.3 高斯關聯(lián)的雙邊施溫格效應
    4.4 小結
第五章 總結與展望
參考文獻
攻讀博士學位期間完成的論文
致謝

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本文編號：2890456