與振幅相干態(tài)光場相互作用的二能級原子熵的演化

1、與振幅相干態(tài)光場相互作用的二能級原子熵的演化 與相干態(tài)光場相互作用的2能級原子熵的糾纏與退糾纏演化 摘要：量子熵理論在量子光學和量子信息學領域得到廣泛應用，它是理解和研究量子計算，量子通信，量子隱形傳態(tài)，量子測量，量子糾纏態(tài)制備及量度等熱點課題的理論基礎和有力工具。量子約化熵是兩體純態(tài)的糾纏量度。相干態(tài)光場是與經(jīng)典電磁場最為接近的量子態(tài)光場，它是研究激光最重要的理論工具。2能級原子是實際原子的理想模型，它只具有兩個非簡并能級 ，它是實現(xiàn)量子邏輯門的重要的雙態(tài)物理系統(tǒng)，在量子計算中有著重要的應用。j-c模型則是解決2能級原子（或分子）與單模量子化光場相互作用系統(tǒng)1系列問題的理想

2、模型。本文運用量子約化熵，研究了j-c模型中與相干態(tài)光場相互作用的2能級原子的糾纏性質(zhì)，考察了2能級原子約化熵的演化性質(zhì)，分別討論了原子、光場的初態(tài)對原子約化熵的影響。結(jié)果表明2能級原子約化熵演化強烈地依賴原子、光場的初態(tài)。當光場的平均光子數(shù)較小時，適當選取原子分布角，場的位相角，場的平均光子數(shù)，原子約化熵可以達到最大值，可獲得原子與光場的最大糾纏態(tài)；當平均光子數(shù)很大時，熵在整個時間演化過程中趨向于0，這表明，在強場條件下，原子與場完全退糾纏。關鍵詞：相干態(tài)光場； 2能級原子； j-c模型； 約化密度矩陣； 原子約化熵the evolution of atom entropy in the i

3、nteraction between the coherent field and a two level atom abstract: considerable interesting has been attracted to the application widely of quantum entropy theory in quantum optics and quantum information field .quantum entropy is the foundation and powerful tool in understanding and stud

4、ying such problems as quantum computation ,quantum communication ,quantum teleportation ,quantum measurement and quantum entanglement. the coherent states field is a quantum state light field which is the closest classical electromagnetic field. it is the most important theory tool for studying lase

5、r.two energy level atom is the ideal model of the actual atom, it only has two non-degeneration energy levels, e and e . it is the important binary physical system for realizing the quantum logical gate .also it has the important application in the quantum computation. the j-c model is a ideal model

6、 which solves a series of questions between the two energy level atoms (or member) and the single model quantization light field. this article has studied the mutual function of coherent field and two energy level atom using quantum entropy . the influence of atomic entropy is discussed from the pro

7、perty of the reduced atomic entropy evolution when the initial states of the light field and atom are changed.  the analysis indicated that two energy level atomic entropy relies on the initial states of light field and atom intensely. when the average photon in the light field is counted s

8、mall, atomic entropy is reach the maximum in some initial parameter; we can obtain the most great entangle states of the atom and the light field. when the average photon is counted very big, entropy tends to zero in the whole of evolution. it indicated that the atom and the field draws back complet

9、ely entanglement under the strong field states. key words: coherent field ; two level atom ; jc model ; reduced density matrix ; atom entropy前言：量子糾纏是量子力學最顯著和最奇妙的特性之1。量子態(tài)的非經(jīng)典性和非局域性使得人們對基本的量子現(xiàn)象有很好的理解。1方面，在量子信息過程中，例如，量子密碼，量子計算和量子遠距傳態(tài)中，量子糾纏是基本要素，糾纏態(tài)是重要資源。因此，量化糾纏和在好的實驗條件下制備糾纏態(tài)，是量子信息處理中非常重要的問題。在量子光學領域，光場與

10、原子的相互作用系統(tǒng)中的量子特性研究1直是人們關注的焦點。特別是在量子信息學中，原子與光場的糾纏態(tài)扮演著重要的角色，它在量子態(tài)傳輸，稠密編碼，密鑰分配，量子計算加速，量子糾錯方面起著關鍵的作用，而近年來廣泛應用在量子光學和量子信息中來研究光場與物質(zhì)相互作用糾纏的熵理論就顯示出了巨大的優(yōu)勢與生命力。許多作者運用量子熵研究了不同量子系統(tǒng)的熵動力學及糾纏性質(zhì)。phoenix和knight等人 用量子熵研究了原子與場的動力學特性，得到如下重要結(jié)論：熵是10分靈敏的，有用的量子態(tài)純度的可操作度量，因為它自動包含了系統(tǒng)密度矩陣的各階統(tǒng)計矩。場與（原子）熵的時間演化，反映了光場與原子糾纏程度的時間演化，熵值越

11、高，糾纏程度越大。但他們沒有考察原子及場的初態(tài)對約化熵演化的影響。此后，人們通過深入研究探討，已揭示出了原子光場相互作用系統(tǒng)中1系列重要的非經(jīng)典性質(zhì) 。夏云杰等 的討論顯示了場信息熵與量子起伏之間有密切的聯(lián)系，從而說明信息熵是研究量子場和物質(zhì)作用的有力工具。張立輝等 研究了對于大失諧下，當單模光腔存在能量損耗時單模輻射場與兩個2能級原子相互作用系統(tǒng)中熵的演化特性,著重分析了在能量耗散時熵的演化；王建偉 研究了振幅相干態(tài)光場與2能級原子的相互作用及場熵的演化，對它們之間的相互作用、躍遷幾率及光場場熵作了1定的計算與推導,但未對熵演化的原因和影響因素作詳細的探討；劉翔等 研究了2能級原子與相關雙模

12、相干態(tài)中單模場相互作用的場熵特性，并討論了場態(tài)參數(shù)和原子迭加參數(shù)對場熵的影響。但他們沒有對j-c模型下相干態(tài)光場與原子的熵特性作深入的研究。劉翔等雖然也研究了非耦合雙模場中級聯(lián)3原子的熵特性 ，但該文對相干態(tài)光場中2能級原子的熵的演化卻沒有涉及。本文將以相干態(tài)光場作為2能級原子的環(huán)境，利用量子約化熵研究2能級原子與相干場之間的糾纏與退糾纏性質(zhì)，分別討論原子、光場的初態(tài)對原子與場之間糾纏與退糾纏的影響?？疾?能級原子約化熵的演化性質(zhì)來討論與相干光場相互作用的2能級原子系統(tǒng)的糾纏與退糾纏現(xiàn)象，從而判斷該系統(tǒng)是否是1個理想的糾纏資源。這些結(jié)論也可能在量子態(tài)傳輸，量子通訊，稠密編碼，密鑰分配，量子計算加速，量子糾錯等糾纏的應用方面起1定的作用?；纠碚?.1熵理論1.1.1  經(jīng)典熵  1865年，德國物理學家克勞修斯首次將熵(s=q/t)這個概念引入熱力學，用來闡明熱力學第2定律。而后玻爾茲曼又從微觀角度提出熵概念(s=klnw),建立了熵與系統(tǒng)微觀性質(zhì)的聯(lián)系，賦予了熵統(tǒng)計學的