正负电子湮灭生成可控光子纠缠的研究
量子纠缠态是指多粒子体系不能写成单个粒子态的直积形式的物理状态,它具有的非局域性和测量斩断关联性的特征在量子信息科学里潜在广阔的应用前景。人们利用光学非线性特性在实验室上已获得多个光子在两个偏振方向上的纠缠态,而利用QED中腔场与原子的共振原理也可实现多原子纠缠态的制备。另外,关于利用离子在量子阱中制备离子的纠缠态也有了相关的报导。通常,获得粒子之间量子纠缠的形式都是以非相对论极限为理论前提,以光与原子的相互作用为理论基础,而所有光与原子相互作用的力现象均属于四大基本作用力中的电磁相互作用力。众所周知,光子是具有相对论性的麦克斯韦方程组二次量子化的产物,电子自旋和电子内禀磁矩原则上也是相对论效应的产物,Dirac方程的二次量子化形式是描述多电子性质的运动学方程。光子和电子又是一切微观量子现象的理论模型,因此深入研究相对论情形下的量子纠缠和量子关联是有意义的。 在非相对论情况下,光子是在原子能级之间激发跃迁而辐射出来的,而按照玻尔兹曼的统计规律,粒子的分布总是处于最低的能级状态,只有少量能激发到高能级状态,所以从这个意义上讲人们是无法获得高能光子之间的纠缠现象。本文将主要从量子场理论出发,结合量子态的叠加原理和自旋为1/2粒子的量子纠缠形式,探讨初始状态处于 Bell型态的正负电子对发生湮灭生成光子的纠缠形式。 论文的内容分为五个部分,具体的安排为:第一章为研究背景,简介量子理论的发展概况和量子纠缠的性质以及它在未来量子信息和量子通信当中潜在的应用,同时也将介绍量子通信存在的若干问题;第二章为电磁不变性理论,主要涉及规范变换不变性和相对论洛仑兹变换不变性,着重介绍 AB效应在本文中控制正负电子对初态的可能性;第三章为量子场论的基本原理,该部分内容将重点介绍在电磁相互作用下存在各种守恒量的前提条件,如能量动量守恒和角动量守恒,宇称守恒,以及电荷守恒的各种依据;第四章为纠缠正负电子对的湮灭,这是本论文的中心内容,重点讲述在三级玻恩近似下正负电子对湮灭生成光子末态的具体形式;最后给出总结和展望,高能光子受干扰程度小,穿透力强,高能光子关联可以运用到物体内部的三维成像并有一定的潜在价值,同时它将架起量子纠缠非局域性和爱因斯坦狭义相对论定域实在论的桥梁,为区别在原子与腔场之间纠缠的转移,在未来研究纠缠转化和守恒的问题上将具有重大的而且现实的物理意义。
量子光学;可控光子纠缠;正负电子对湮灭;相对论效应
曲阜师范大学
硕士
光学
夏云杰
2012
中文
O431.2
36
2012-11-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）