提出实验上可行的制备冷囚禁多离子W态的方案。在此方案中制备的是对称W态，只需两个步骤，而在文献［Haner H, Hansel W, Roos C F, et al. Nature, 2005, 438:643-646.］中制备相同的W态，则需要更多的操作步骤，考虑到消相干机制，减少纠缠态制备过程中的步骤是非常有必要的，并且在方案中只需要一束激光。

提出了相干多模腔场-相干耦合原子相互作用系统的物理模型.利用全量子理论,研究了该系统中多光子相互作用过程的演化性质,结果表明:在多模腔场与相干耦合多原子相互作用过程中,多光子纠缠态与多原子纠缠态可以周期性的相互转换,在此过程中,同时可以实现纠缠信息的交换传递.通过对原子保真度的数值计算,给出了纠缠信息交换传递的图示说明.并进一步揭示出纠缠信息交换传递的一般特征.目前所报道的研究结果仅是本文所得普遍性结果在各种不同情况下的特例.

利用演化因子给出了相干原子束与相干腔场相互作用系统的演化规律.研究了其相互作用过程,结果表明:量子信息不但可以在相干原子与相干腔场之间相互交换,而且可以在不同相干腔场之间传递.还发现:在普遍情况下,信息交换传递的条件与原子跃迁的频率(ωa,k)及其相对相位(ξ)、光场的频率(ωf,k)及其相对相位(η)、原子与光场的耦合强度(g)和相互作用时间(t)等均有关,但当原子与光场发生共振相互作用时,其条件仅与g、t有关.

通过引入Negativity概念,研究了含有晶体场相互作用的混合XXZ自旋模型的纠缠特性.讨论了温度T、晶体场相互作用d和各向异性参数Δ对纠缠度的影响.结果表明,温度T影响系统纠缠度的最大值N(ρ)max,温度越低N(ρ)max越大;晶体场相互作用和各向异性作用降低了系统纠缠度的最大值N(ρ)max, 但是却提高了系统出现纠缠时的临界温度和纠缠度最大时的温度Tmax.

基于皮秒亮孤子态光场中光子的定域产生和湮没算符与自由光场中光子的产生和湮没算符一样,从而仿照标准Jaynes-Cummings(简称JC)模型,利用Von Neumann量子约化熵理论研究了皮秒亮基孤子态光场与单个理想二能级原子单光子共振相互作用系统中量子场熵的时间演化特性,通过数值计算详细讨论了初始光强及场与原子之间耦合强度对量子场熵演化特性的影响.结果表明:初始光强不仅影响量子场熵演化的最值和振荡幅度,而且影响场熵演化的平均值,而场与原子之间的耦合强度影响量子场熵演化的周期和其无规则振荡的剧烈程度.

利用全量子理论,并通过数值计算,研究了初始处于Fock态的单模光场与两等同双能级纠缠原子单光子共振相互作用过程中单模光场量子场熵的时间演化特性.结果发现:当两原子初始处于第一种Bell态时,光场量子场熵的时间演化周期为π/g2(2n+1);随着初始光强的增大,光场与原子之间的量子纠缠现象减弱;特别是当时间t为演化周期的整数倍时,场-原子系统处于退纠缠状态.当两原子初始处于第二种Bell态时,光场量子场熵不随时间变化,恒为零.当两原子初始分别处于第三种和第四种Bell态时,光场量子场熵的时间演化曲线呈现不等幅周期振荡现象;并且随着初始光场光子数的增加,光场量子场熵的振荡周期逐渐增大,但振荡幅值逐渐减小.

利用全量子理论,研究了Schr(o)dinger-cat态光场与耦合双能级原子相互作用系统在非共振情况下的量子场熵演化特性.结果表明,场-原子系统的量子场熵演化特性不仅与初始平均光子数n0、场与原子的耦合强度g、原子与原子之间的耦合强度ga以及失谐量△有着密切的关系,而且与原子的初始状态有关.

量子密码术要走向实用化,必须实现多用户间的量子密钥分配.首先介绍了基于EPR对的E91量子密钥分发方案.利用该协议,我们在现有量子密钥分发网方案的基础上提出了一种实现多用户网络下任意多个用户之间的密钥分发方案,并融合波分复用技术对级联式环型量子密钥分发网方案进行了改进.

提出了一个多原子-腔组成的物理系统,并讨论了发生在该系统中量子信息的交换和传递过程,结果发现:由最低两个Fock态|0〉和|1〉任意组成的光量子态腔场,当处于基态的原子以特定的速度通过腔时,原子都能带走腔中的量子态并据为己有;反之,由两能级原子的基态|g〉和激发态|e〉任意组成的量子态,当原子以特定的速度通过处于真空态的腔时,原子都能把携带的量子态释放于腔中,实现了腔-原子之间的信息交换.利用原子能够捡起、释放量子信息这一特点,进一步讨论了把原子作为运输工具实现腔-腔之间异地量子信息传递的物理过程.