[论文解读] Dynamics of multipartite quantum correlations under decoherence

Muhammad Ramzan|arXiv (Cornell University)|May 14, 2012

Quantum Information and Cryptography被引用 12

一句话总结

本文研究了在不同退相干通道和非惯性参考系下，三量子比特与六量子比特 Werner-GHZ 态中多体量子失谐（QD）和几何量子失谐（GQD）的动力学行为。研究发现，QD 在环境噪声下比 GQD 更具鲁棒性，其中比特翻转通道的破坏性最强，且环境退相干对量子失谐的影响强于非惯性参考系中的 Unruh 效应。

ABSTRACT

Quantum discord is an optimal resource for the quantification of classical and non-classical correlations as compared to other related measures. Geometric measure of quantum discord is another measure of quantum correlations. Recently, the geometric quantum discord for multipartite states has been introduced by Jianwei Xu [arxiv:quant/ph.1205.0330]. Motivated from the recent study [Ann. Phys. 327 (2012) 851] for the bipartite systems, I have investigated global quantum discord (QD) and geometric quantum discord (GQD) under the influence of external environments for different multipartite states. Werner-GHZ type three-qubit and six-qubit states are considered in inertial and non-inertial settings. The dynamics of QD and GQD is investigated under amplitude damping, phase damping, depolarizing and flipping channels. It is seen that the quantum discord vanishes for p>0.75 in case of three-qubit GHZ states and for p>0.5 for six qubit GHZ states. This implies that multipartite states are more fragile to decoherence for higher values of N. Surprisingly, a rapid sudden death of discord occurs in case of phase flip channel. However, for bit flip channel, no sudden death happens for the six-qubit states. On the other hand, depolarizing channel heavily influences the QD and GQD as compared to the amplitude damping channel. It means that the depolarizing channel has the most destructive influence on the discords for multipartite states. From the perspective of accelerated observers, it is seen that effect of environment on QD and GQD is much stronger than that of the acceleration of non-inertial frames. The degradation of QD and GQD happens due to Unruh effect. Furthermore, QD exhibits more robustness than GQD when the multipartite systems are exposed to environment.

研究动机与目标

• 研究环境噪声下多体系统中量子关联的鲁棒性。
• 比较不同退相干通道下量子失谐（QD）与几何量子失谐（GQD）的行为差异。
• 研究非惯性参考系与 Unruh 效应对量子失谐动力学的影响。
• 确定量子比特数量（N）对退相干下量子关联脆弱性的影响。
• 评估环境退相干与相对论性加速度对量子失谐退化影响的相对重要性。

提出的方法

• 以三量子比特与六量子比特的 Werner-GHZ 态作为初始多体纠缠态。
• 应用标准退相干通道——振幅阻尼、相位阻尼、去极化以及比特/相位翻转通道，以退相干概率 p ∈ [0,1] 参数化。
• 利用量子互信息与经典关联度量计算全局量子失谐（QD）。
• 基于希尔伯特空间中到经典态的最小距离计算几何量子失谐（GQD）。
• 通过引入加速度参数 r，利用 Unruh 效应建模非惯性参考系中的观测者。
• 通过数值模拟追踪不同通道下 QD 与 GQD 随 p 与 r 变化的演化过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 在退相干条件下，量子比特数量（N = 3 与 N = 6）如何影响量子失谐的鲁棒性？
• RQ2 在振幅阻尼、相位阻尼、去极化及比特/相位翻转通道中，哪类通道对 QD 与 GQD 的破坏最严重？
• RQ3 在非惯性参考系中，QD 与 GQD 如何演化？环境噪声与 Unruh 效应的相对贡献如何？
• RQ4 在翻转通道中是否会出现失谐的突然消失或突然出现？三量子比特与六量子比特态之间有何差异？
• RQ5 在相同环境条件下，QD 是否比 GQD 在多体系统中更具鲁棒性？

主要发现

• 在三量子比特 GHZ 态中，当 p > 0.75 时量子失谐消失；在六量子比特 GHZ 态中，当 p > 0.5 时量子失谐消失，表明 N 越大，系统越脆弱。
• 去极化通道对 QD 与 GQD 的破坏性最强，其破坏效果显著超过振幅阻尼通道。
• 在相位翻转通道中，失谐迅速发生突然消失；而在六量子比特态中，比特翻转通道未观察到突然消失现象。
• 在所有环境通道下，QD 均表现出比 GQD 更强的鲁棒性，表明几何失谐对退相干更敏感。
• 在非惯性参考系中，环境效应主导了 QD 与 GQD 的退化，其影响强于由加速度引起的 Unruh 效应。
• 在比特翻转通道下，GQD 的动力学行为在三量子比特与六量子比特态中均完全消失，而 QD 在更高 p 值下仍保持非零。