基于腔QED的量子糾纏態(tài)的制備.pdf

1、量子信息學(xué)是二十世紀(jì)八十年代興起的一門(mén)整合了量子力學(xué)和信息科學(xué)的新興學(xué)科。作為量子信息學(xué)的核心部分,量子糾纏為有效地實(shí)現(xiàn)量子通信和量子計(jì)算供了重要的物理資源,并且被廣泛地應(yīng)用于各種量子信息處理過(guò)程,比如量子隱形傳態(tài),量子密集編碼,基于糾纏態(tài)的量子密碼,量子糾錯(cuò)等等。要實(shí)現(xiàn)對(duì)量子信息的處理,量子硬件必不可少。目前人們提出的能夠進(jìn)行量子信息處理和量子計(jì)算的物理系統(tǒng)中,腔QED技術(shù)研究比較早,發(fā)展較快,被認(rèn)為是最具前景的量子系統(tǒng)硬件之一。

2、r>　　 本文主要研究在腔QED系統(tǒng)中兩類特殊的多粒子糾纏的制備。NOON態(tài)是一種光子數(shù)最大糾纏態(tài),可以用來(lái)演示多光子deBroglie波長(zhǎng),并可以應(yīng)用于高精度的量子相位測(cè)量,得到量子理論所允許的海森堡極限；Singlet態(tài)是一種多粒子多能級(jí)且總自旋為零的糾纏態(tài),它為驗(yàn)證量子非局域性創(chuàng)造了可行性。本文主要包括以下兩方面的工作:
　　 一、利用了雙光子簡(jiǎn)并拉曼Jaynes-Cummings模型,提出了一個(gè)制備多粒子糾纏態(tài)-NOO

3、N態(tài)的方案。把一個(gè)原子置入雙模腔中,利用該原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu),選取合適的能級(jí)與腔模發(fā)生耦合相互作用,在外加電場(chǎng)的輔助作用下,實(shí)現(xiàn)原子能級(jí)和腔場(chǎng)光子數(shù)態(tài)之間的糾纏,最終我們可以確定性地取得所要制備的糾纏態(tài)。操作過(guò)程中,在經(jīng)典場(chǎng)作用下發(fā)生的原子能級(jí)間的躍遷,受到躍遷定則的限制,避免了原子與腔場(chǎng)相互作用過(guò)程中出現(xiàn)光子的湮滅。
　　 二、以一種人工原子-超導(dǎo)量子比特干涉儀(SQUID)取代腔中原子的地位,提出了一個(gè)基于SQUID-腔QE

4、D系統(tǒng)的制備singlet態(tài)的方案。因?yàn)镾QUID的能級(jí)間隔可以通過(guò)調(diào)節(jié)外場(chǎng)的磁通量或是臨界電流來(lái)改變,當(dāng)SQUID與腔場(chǎng)作用時(shí),可以調(diào)節(jié)其他SQUID的能級(jí)間隔使其與腔模遠(yuǎn)離共振,所以說(shuō)可以在腔中對(duì)一個(gè)SQUID進(jìn)行操作并保證其它SQUID不受影響?；赟QUID的這點(diǎn)優(yōu)勢(shì),我們將三個(gè)相同的SQUID植入腔中,利用SQUID和腔模以及經(jīng)典脈沖之間的一系列相互作用就可以實(shí)現(xiàn)單重態(tài)的制備。在整個(gè)過(guò)程中,腔場(chǎng)作為輔助系統(tǒng)始終處于真空態(tài),不參