消除热库中量子位的消相干性

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1、第21卷第1期原子与分子物理学报Vol.21，№.12004年1月JOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICSJan.，2004文章编号：1000-0364（2004）01-0089-07消除热库中量子位的消相干性✷唐志祥1，2，张登玉1（1.衡阳师范学院物理系，衡阳421008；2.湘潭大学现代物理研究所，湘潭411105）摘要：以二能级原子作为量子位，利用求解相互作用系统约化密度矩阵非对角元的方法，分别研究热库中量子位模型和依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型的消相干特性。当外加驱动场消除消相干时，得到两种模型下驱动场必须满足的约束方程。关键词：

2、量子位；依赖强度耦合Jaynes-Cummings模型；约化密度矩阵；消相干中图分类号：O431.2文献标识码：ATheeliLinationofthequantuLbit'sdecoherenceinatherLalreservoirTANGZhi-xiang1，2，ZHANGDeng-yu1（1.DepartmentofPhysics，HenyangNormalUniversity，Hengyang421008，P.R.China；2.InstituteofModernPhysics，XiangtanUniversity，Xiangtan411105，P.R.China）Abst

3、ract：Usingatwo-levelatomasaquantumbit，WehavestudiedthedecoherentpropertiesofthesinglequantumbitmodelinathermalreservoirandtheintensitydependentcouplingJaynes-Cummingsmodelbycalculatingthenon-opositeangleelementsofthereduceddensitymatrixoftheintractionsystem，respectively.Wealsoworkouttherestrict

4、ionequationthatmustbesatisfiedbytheexternalcontrollabledrivingfieldwhenthedecoherenceistobeeliminated.Keywords：Quantumbit；IntensitydependentcouplingJaynes-Cummingsmodel；Reduceddensitymatrix；Decoherence1引言在量子计算和量子信息系统中，通常以两态系统作为量子信息的存储单元即量子位。二能级原子作为一种典型两态系统因此倍受关注。量子计算与经典计算的最大区别就是量子信息存储单元演化的幺正性，这

5、就要求量子存储单元完全与外界环境隔离。但是，实际上量子存储单元总和外界环境发生或强或弱的相互作用，这必将导致量子位能量的耗散或相对位相的改变，从而引起量子信息的散失和量子计算的错误，这种现象被称为消相干（decoherence）。因此，量子消相干成为量子计算和量子信息系统物理实现的巨✷收稿日期：2003-10-09基金项目：湖南省科技厅中青年科技基金（00JZY2136）；湖南省自然科学基金（02JJY209）的资助课题。作者简介：唐志祥（1978-），男，湖南新邵人，现为湘潭大学硕士研究生，研究方向为量子信息和量子计算。张登玉（1962-），男，湖南祁阳人，现为衡阳师范学院物理学教

6、授、光学博士、硕士研究生导师。研究方向为量子信息、量子计算以及光与原子相互作用，已在国内外专业刊物上发表论文30余篇。90原子与分子物理学报2004年大障碍。量子消相干以及怎样减少或消除消相干已成为研究的热点，并取得很大进展［1~3］。孙昌璞［4］利用求解时间演化算符的方法，研究了热库中各模光场初始时刻都处于真空态时单量子位的消相干特性。而通常情况下热库中各模光场服从泊松分布，我们以该热库下的单量子位模型作为研究模型一，研究该模型的消相干特性及其消除，得到比文献［4］更具一般性的结果。由于原始的J-C模型没有反映其动力学性质对光场强度的依赖性，Buck和Sukumar提出了依赖强度耦

7、合的J-C模型，该模型不但可以精确求解，而且还展示了许多原子和光场相互作用的量子特性［5~7］。文献［8］对双原子与光场依赖强度耦合相互作用的动力学性质进行了研究，高云峰等［9］研究了双相干态光场与原子依赖强度耦合过程的腔场谱。我们则以依赖强度耦合J-C模型作为研究模型二，讨论该模型下二能级原子作为量子位时的消相干特性及其消除。2量子位约化密度算符的演化方程在相互作用绘景中，量子位（二能级原子）与环境相互作用系统的密度算符（t）满足［10，11］pIӘpI