量子失协(quantum discord)量化了量子系统之间的所有非经典关联, 在量子信息处理中起着重要的作用, 但其在噪声环境下会受到较大的影响。Pauli噪声是模拟环境噪声最基本的噪声信道。本文研究了三种常用记忆泡利信道(相位阻尼、比特翻转、退极化信道)下记忆参数ν对Werner态量子失协的影响。结果表明, 对于无记忆(ν=0)的三种泡利信道, 量子失协的优势随着噪声参数p的增大逐渐消失。在记忆泡利信道(ν>0)下, 量子失协随记忆参数ν的增大而增大。特别地, 当记忆参数ν=1时, 无论噪声参数p如何变化, 量子失协都达到其最大值。这将有助于Werner态在量子任务中抵抗环境的退相干作用。

本文基于一个两量子比特开放系统, 详细分析了改进的量子存储辅助的熵不确定关系、量子失协和密集编码容量在级联环境中的动力学行为。结果表明: 在弱、强两种耦合体系下, 熵不确定度及其下界完全紧致, 且熵不确定度与密集编码容量呈现反关联关系; 量子比特与腔之间的耦合强度 对熵不确定关系的演化、量子失协的“复苏”、量子密集编码过程的有效性等有着重要影响。此外, 我们进一步考察了过滤操作对熵不确定关系、量子失协和密集编码容量的调制作用, 获得一些有意义的结果。

连续变量纠缠态光场是实现量子计算、量子通信和量子精密测量的重要量子资源。 轨道角动量复用是增加量子通信信道容量的一种有效方式。我们利用铯原子系综中的四波混频过程制备了轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场, 并实验证明携带l=1,?2阶轨道角动量的EPR纠缠态光场可以获得与l=0模式的EPR纠缠态光场相同的纠缠度。此外, 我们采用高斯量子失谐表征了携带 l=0,?1,?2阶轨道角动量光场的量子关联, 并研究了其在损耗信道中的演化。结果表明轨道角动量复用光场的高斯量子关联在损耗环境中具有鲁棒性。研究结果为利用轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场实现高信道容量量子通信提供了参考。

利用量子态扩散方法，研究了在非马尔可夫环境下海森堡XXZ自旋模型中几何量子失协（GQD）的演化特性。分析了环境关**数γ、xy平面上的耦合常数Jxy、z方向上的耦合常数Jz、外加磁场B以及Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用对GQD动力学演化特性的影响。结果表明：γ越短，即环境的非马尔可夫效应越明显，越有利于有效提高系统的GQD；选取的初始态不同，Jxy和Jz对GQD起到的作用也不同；在非马尔可夫环境下，适当地增大B可提高GQD，而DM相互作用的引入会导致GQD衰减振荡。值得一提的是：可以从无纠缠初态系统有效地诱导出GQD。

本文采用Diosi、Gisin提出的非马尔科夫量子态扩散方法, 系统地研究了处于非马尔科夫环境中海森堡自旋链模型的几何量子失协。首先通过非马尔科夫量子态扩散主方程计算出系统的约化密度矩阵。然后将约化密度矩阵带入量子失协公式中, 从而实现了在数值上精确地模拟海森堡自旋链的几何量子失协。最后以最大纠缠态|ψAB〉=12|11〉+|00〉作为系统的初始态, 详细地讨论了系统中各种参数在海森堡自旋链几何量子失协中的作用。根据数值模拟结果显示: 环境关联系数γ、参数J、参数α和参数η能从不同的程度上影响量子系统几何量子失协动力学的演化过程。当环境关联系数γ较小时, 几何量子失协呈现出明显的上升趋势。表明非马尔科夫环境对系统的几何量子失协具有积极的作用。同时较大的参数J、参数α和参数η对系统的几何量子失协也有积极的作用。本文的研究对于增加系统的几何量子失协具有一定的作用和意义, 为实验研究者在实际中提高几何量子失协提供了理论依据。

本文研究了一个双量子比特系统中的量子纠缠和量子失协的动力学问题,在我们的模型中仅一个量子比特与级联环境相互作用。其中,级联环境由两层环境所组成,第一层环境为单个损失腔c0,而第二层环境是由存在耦合的N个损失腔所充当。结果表明:随着N和两层环境间耦合系数κ的增大,量子关联可得到有效提高。同时,量子比特与腔c0间的耦合系数Ω0,第二层环境的腔衰减率Γ和近邻腔模间的耦合系数Ω对量子关联也有着重要影响。另外,我们发现,量子失协和量子纠缠有类似的演化行为,但量子失协总小于或等于纠缠且比纠缠衰减地更快。

研究了任意两量子位原子与二项式光场相互作用系统中两原子间的量子关联, 讨论了特定的三种原子初态下的不同参数的二项式光场对几何量子失协随时间演化的影响。结果表明:二项式光场的光子数M和概率σ对几何量子失协演化曲线有明显的影响。不同原子初态下, 几何量子失协演化曲线的振幅、相位和周期性表现出不同的特点。

考虑了每个腔囚禁一个二能级原子，腔与腔之间通过光纤连接，且原子与腔发生共振相互作用的情况，利用几何量子失谐(GQD)研究了两子系统间的量子关联，分析了T型结构耦合腔系统中两原子间和两腔间的GQD。采用数值计算方法，讨论了原子与腔场以及腔与光纤间的耦合强度对GQD的影响。研究结果表明，随着原子与腔间的耦合系数的增大，原子间的GQD减弱，但腔间的GQD增强；随着光纤与腔间的耦合强度的增大，原子间的GQD增强，腔间的GQD却减弱。

基于Dakic提出的几何量子失协度量方法,研究了 双Jaynes-Cummings(J-C)模型的几何量子失协。分析了初始态纯度、纠缠度、腔与原子间的 耦合常数及腔内光子数等对几何量子失协随时间演化特性的影响。结果表明:通过提高纯度、 初始纠缠度的值可以增大几何量子失协;非零光子数导致几何量子失协振荡衰减;通过调整腔与原子间的耦合常数可以改变振荡频率。