Düşük boyutlu spin sistemlerinde kuantum dolaşıklık

Abstract

Bu tez düşük boyutlu spin sistemlerinde dolaşıklığın (entanglement) incelendiği iki kısımdan oluşur. Birinci kısımda, homojen olmayan bir manyetik alanda bulunan iki kubitten oluşmuş izotropik Ising zincirinin dolaşıklığı düşük sıcaklıklarda nümerik olarak hesaplanmıştır. Yapılan hesabın sonucunda homojen olmayan manyetik alanda bulunan bu iki kubitlik sistemin dolaşık durumlara sahip olduğu görülmüş ve manyetik alanda homojensizliğin bulunmasının dolaşık kuantum durumları üzerinde etkin bir rol oynadığı sonucuna varılmıştır. İkinci kısımda ise homojen bir dış manyetik alana ve Dzialoshinski-Moriya (DM) etkileşmesine sahip iki kutritlik bir Ising zincirinin dolaşıklığı incelenmiştir. Manyetik alanın, DM etkileşmesinin ve sıcaklığın dolaşıklık üzerindeki etkileri negatiflik (negativity) ile tanımlanmıştır. Manyetik alanın paralel, antiparalel ve spin yönelimine dik (transverse) olduğu durumlar incelenmiştir. Yapılan nümerik hesapların sonuçları, sistemin analitik olarak belirlenmiş taban ve uyarılmış durumlarının kullanılmasıyla açıklanmıştır. Sonuç olarak verilen bir sıcaklık değerinde manyetik alanın ve DM etkileşmesinin birbirlerine göre değişen etkilerinin kullanılmasıyla, dolaşıklığın kontrolünün en iyi şekilde sağlanacağı gösterilmiştir. This thesis is composed of two parts in which quantum entanglement is investigated in the low dimensional spin systems. In the first part, we have numerically calculated the thermal entanglement of a two qubit system at low temperatures in an isotropic Ising chain under an inhomogeneous magnetic field. It is shown that in the inhomogeneous magnetic field, the two qubit system has entangled states. It is concluded that the presence of the inhomogeneity in the magnetic field plays an effective role on the entangled states. In the second part, we investigate thermal entanglement of a two qutrit Ising chain in the presence of an external magnetic field and Dzialoshinski-Moriya (DM) interaction. Influences of magnetic field, temperature, and DM interaction on the entanglement have been characterized in terms of negativity. The cases of parallel, antiparallel, and transverse magnetic fields are considered. Results of detailed numerical calculations are explained using the analytically determined ground and excited states of the system. Finally, we show that at a given temperature, control of entanglement can be optimized by utilizing competing effects of the magnetic field and the DM interaction.