题目：固态自旋链中量子信息处理

量子信息学是量子力学与信息科学相结合的新兴交叉学科，利用量子系统来实现信息的产生、存储、编码、传输、提取、转换等任务。可突破现有信息技术的物理极限，从而提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度。近年来物理学家不断寻找尝试各种适合量子计算的系统，如腔量子电动力学（QED）、核磁共振（NMR）、量子点（QD）等。以自旋链为模型的固态量子体系逐渐成为研究热点，可以大幅度集成化、小型化，在量子计算中，可以同时作为数据线和量子处理器，把编码在自旋系统中的信息通过少数空间和动力学控制，从一端传送到空间的另外一端。不仅如此，在量子纠缠态的生成、传输、克隆和逻辑门构造等方面都有一些新的特色和优点，因此，对自旋链中量子信息处理的深入研究具有很大的应用价值。本文主要研究内容为：1. 两比特海森堡自旋链中量子态的传输基于两比特海森堡XXZ自旋链，研究了在不同初始状态下均匀磁场、各向异性磁场、自旋交换耦合常数和有效传输时间对量子态传输保真度的影响。研究结果表明：自旋交换耦合常数z分量和均匀磁场对保真度没有影响；对某些特殊的初始态，理想的信息传输可以实现。2. 磁场存在时利用海森堡自旋链实现交换操作任意方向和大小的均匀磁场下,海森堡XXZ两比特自旋模型中交换操作的实现。研究结果表明：磁场方向对交换操作的实现没有影响，只需要限制磁场的大小就可以实现交换操作。实际操作中磁场大小比较容易控制，具有较大的实用价值。3. 平行自旋链量子信道中的纠缠传输分别考虑Dzialoshinski-Moriya(DM)反对称各向异性相互作用和外加磁场的影响下，研究了平行自旋链系统中纠缠态的传输，结果发现：特定时间下，纠缠态可以实现完全传输，保真度可以达到最大；随着DM相互作用的增强，传输时间可以很大程度上缩短。除此之外，随着输入初态的变化，态纠缠出现突死（ESD）情况，换句话说，纠缠突死现象敏感于输入初态。由于外加磁场对传输信道的影响，信息传输的效率和可靠程度受到很大挑战。