海森堡系统中的量子纠缠与量子相干性
摘 要： 量子信息学是量子力学和信息学的交叉新兴学科，是当前最为活跃的领域，量子纠缠是量子通讯的关键技术，量子相干是量子通信中关键物理的资源。
海森堡自旋链模型是解决量子纠缠和量子相干性问题中十分重要的一类模型，它相对简单且能够较好的反映多种物理规律，实用性较好。量子信息学研究中常常使用该模型，如探究系统的量子纠缠或量子相干性。
关键词：量子信息学；量子纠缠态；量子加密；量子计算机
一、引言
上个世纪前期，随着物理学的快速发展，很多经典的物理学理论发展成熟，如牛顿力学、麦克斯韦电磁学、热学等等[1]。但是，与此同时，仍然有一些新的物理现象，如黑体辐射、光电效应无法用经典物理理论解释。在黑体辐射的相关研究中，由经典理论推导出来的维恩公式和瑞利金森公式都不能很好的拟合黑体辐射密度和频率之间的关系。普朗克知道相关前沿研究的情况后，自己认真思考，提出了普朗克公式。这个公式能够很好的与实验相符。几个月后，普朗克对这一公式进行分析，提出了能量子的概念。这便是量子力学的开端和标志。普朗克因此也被称为量子力学的创始人。
从此之后，量子力学蓬勃发展,很多大师都为量子力学的发展贡献自己的力量。爱因斯坦提出了光量子假说，指出光子具有粒子的一些性质，如能量和动量。玻尔在解释一些原子的难题时，假设原子的轨道是量子化的。在1923年，德布罗意提出了物质波的概念，刷新了人们对这个世界的认识。随后，海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动力学从不同的角度向世人展现量子力学的面貌。量子力学的发展产生了大量的科学成果。这些成果有科学假说，也有科学实验的验证。
信息学也是一门诞生于20世纪的新型学科，发展十分活跃，信息学的目标是提高信息系统的可靠性、有效性、保密性和认证性，确保信息系统的最优化[2]。而量子信息学是量子力学和信息学两门学科的交叉学科，有着广阔的发展空间和前景，无数科学家正投身于量子信息学的研究之中。
二、量子力学的快速发展
为了解释黑体辐射黑体辐射密度和频率之间的关系，普朗克于1900年引入辐射能量子的假设，提出能量的传递是一份一份的。能量子的大小和电磁波的辐射频率成正比，其中一份能量子的大小为，h为比例常数，即普朗克常数。在1905年，爱因斯坦提出了光量子的假说，并且给出了光子的动量、能量和波长、频率之间的关系，即，。这些理论成功解释了光电效应现象，爱因斯坦也因此获得了诺贝尔物理学奖。
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