Evolution of quantum coherence of qutrit-qutrit system under correlated depolarizing channels

Yao Dong,Guo-Feng Zhang,Ai-Ling Ji

doi:10.7498/aps.71.20212067

Abstract

In order to study the decoherence process of quantum system and find the ways to delay it, in this paper we investigate the decoherence process under correlated depolarizing channels by calculating the evolution of norm coherence, relative entropy coherence and basis-independent coherence of the three initial states: special initial state, maximum coherent state and isotropic state. From the analytic results, numerical results and evolution images, it can be found that 1) completely correlated channels can suppress decoherence to a greatest extent,. 2) the time point at which maximum decoherence occurs is irrelevant to the degree of correlation, but system’s decoherence evolution behavior depends on it. 3)the correlation of depolarizing channels can reinforce the collective quantum coherence between subsystems, and an inequality relation of basis-independent coherence is proved in this system.

Highlights

Fig.:2:Blue, red, green,purple and black lines correspond to μ as 1,0.5,1/6,0.1,and Y-axis represents l1 norm coherence
It can be found that the relative entropy coherence decays to 0 at the same time under different correlation degrees, and the zero point is Γt = 2ln9
本文中从双 qutrit 量子态中依次选取贝尔态与可分离混态混合的特殊态、最大相干的量子态和各向同性量子态作为初态,研究它们在关联退极化量子信道下的相干性演化,发现完全关联的退极化信道总能最大程度地抑制系统的退相干,可以为实际的量子信息应用提供参考.对于本文中初态与关联信道构成的模型,在一个特殊的时间点Γt = 2ln9,相干性总会衰减到最小值.对于特殊态与各项同性态,该最小值与关联度μ无关为 0,对于最大相干态最小值为与关联度μ有关的量 2μ.在研究特殊态时,发现在系统完全退相干时间点后还存在着三种取决于关联度μ的演化方式

Summary

Introduction

为探索量子系统的退相干机制寻找延缓退相干的方法,本文研究了关联量子信道中的退相干过程,计算了关联退极化信道中两体 qutrit 系统的三种初态——一种特殊初态、最大相干初态和各向同性初态的范数相干性、相对熵相干性及基矢无关相干性.分析得出的解析结果、数值结果和演化图像可以发现:(1)完全关联的信道能最大程度地抑制退相干;(2)存在一个与关联度无关的最大退相干时间点,但其退相干的演化行为却依赖着关联度;(3)信道的关联可以增强子系统间的相干性.基矢无关相干性遵循的不等式关系也在此系统中得以验证. 量子相干性来源于量子力学五大基本原理之一的量子态叠加原理,是量子系统的一个十分关键的特征及二部和多部量子关联的本质[1].在密度矩阵中,量子相干性表现为矩阵非零的非对角项.量子相干性是经典体系所不具备的一个重要性质,不仅仅有重要理论意义,还可以作为量子通信、量子计算和量子计量等新兴技术的物理资源.在过去一些年,特别是 Baumgratz 等人基于资源学说理论提出量子相干性可以像量子纠缠、量子失协那样视作一种有用的量子资源[2],并提出了几种量子相干性的度量方法之后,针对体系中量子相干性的研究逐渐增多[3,4,5,6,7,8,9,10,11],量子相干性测量方法的提出使一些旨在揭示开放系统的退相干机制的研究得以实现,并且有文献提出相干性演化方程的因式分解关系[12].近年来,人们一直在努力寻找能更加灵活操控退相干动力学和产生稳态相干性的方法.此外量子相干性、量子关联和量子纠缠的研究为量子相变等领域提供了新思路[13],还在量子生物学中得以应用[14,15]. 量子信息处理、传递和衰减的基本方式对应三种典型的量子信道:相位阻尼信道、退极化信道和振幅阻尼信道[16].在 Macchiavello 和 Palma 等人提出关联信道的联合概率函数[17] 之前,以往的研究都集中在单边信道,或非关联信道的方面,即信道之间不存在记忆效应.

Results

Conclusion