利用耗散過程制備量子糾纏態(tài).pdf

1、量子糾纏態(tài)是量子物理獨有的特性，它由量子力學理論預言并被實驗證實。量子糾纏不但可以用于量子信息處理，還可以用于檢驗量子力學基本原理，使人們更加深刻的了解量子世界。因此有效制備、操控糾纏態(tài)對量子信息是極為關(guān)鍵的。然而在實際情況下，環(huán)境跟系統(tǒng)的耦合是無法有效避免的、是必然的。這些不必要耦合會引起消相干。在腔量子電動力學系統(tǒng)（腔QED）中，典型的誘導系統(tǒng)消相干的因素包括腔模泄漏過程、原子自發(fā)輻射過程等耗散過程。跟傳統(tǒng)觀點不同，最近一些研究表明

2、腔QED中的耗散過程可以用來制備糾纏態(tài)，這就是所謂的耗散動力學。本文中，我們主要研究利用腔QED系統(tǒng)中的多個耗散過程來制備原子糾纏，希望能為相關(guān)實驗提供一定的理論參考。
　　在兩個Λ–型原子跟光學腔模耦合的QED系統(tǒng)中，我們提出一個同時利用原子自發(fā)輻射過程和腔模泄漏過程制備原子糾纏的方案。利用綴飾態(tài)基矢重新展開哈密頓以后，我們可以更加清晰地了解整個系統(tǒng)的動力學過程，從而選取合適的系統(tǒng)參數(shù)來將非目標態(tài)激發(fā)至激發(fā)態(tài)子空間中的綴飾態(tài)，進

3、一步通過耗散過程轉(zhuǎn)化為目標態(tài)。與傳統(tǒng)的幺正動力學方案相比，我們的方案除了將有害的耗散過程變?yōu)楸夭豢缮俚馁Y源以外，還有不需要指定初態(tài)、不需要嚴格控制演化時間的特點。
　　在耦合雙模腔系統(tǒng)中，我們提出利用多能級原子的自發(fā)輻射過程和雙模腔的腔模泄漏過程制備三維糾纏的方案。方案利用的是有效算符方法，使用該方法的前提條件是弱激發(fā)。利用該方法后，系統(tǒng)的激發(fā)態(tài)被絕熱消除，可以清晰地得出有效哈密頓和有效耗散過程對系統(tǒng)的作用和影響。在此基礎(chǔ)上通過合

4、適的選取參數(shù)來增強或減弱某些耗散過程的影響，進而使目標態(tài)成為系統(tǒng)的唯一穩(wěn)態(tài)。為了便于了解每個耗散過程的作用，我們分別考慮自發(fā)輻射過程和腔模泄漏過程。結(jié)果表明，僅利用腔模泄漏時的方案沒有僅利用自發(fā)輻射過程的方案性能好。為了改善這種情況，我們利用反饋控制的方法來提高方案的保真度。由于僅利用自發(fā)輻射過程跟僅利用腔模泄漏過程時方案的參數(shù)條件相同，我們可以同時利用二者制備三維糾纏態(tài)。跟在相似系統(tǒng)中利用幺正動力學的方案相比，我們的方案不需要指定初態(tài)

5、和嚴格控制演化時間，另外數(shù)值模擬也表明方案保真度較高。
　　里德伯原子之間的遠距離相互作用常常會造成能級移位，進而形成阻塞機制。目前利用里德伯阻塞機制進行量子信息處理的相關(guān)研究非常常見。最近有研究表明，通過合適的調(diào)整經(jīng)典場與原子耦合的失諧量可以實現(xiàn)反里德伯阻塞機制，其原理是利用失諧量來補償里德伯相互作用強度。利用該機制，我們可以實現(xiàn)基態(tài)子空間中非目標態(tài)跟雙激發(fā)里德伯態(tài)之間的共振耦合。自發(fā)輻射過程可以將雙激發(fā)里德伯態(tài)衰減至單激發(fā)子空

6、間進而衰減至基態(tài)子空間。在微波場和經(jīng)典場的作用下，非目標態(tài)會進一步被泵浦直至實現(xiàn)目標態(tài)。此外，利用類似的物理思想，方案可以被拓展到三維糾纏情況。理論上的數(shù)值模擬表明，方案的保真度較為理想，此外方案對參數(shù)波動也具有一定魯棒性。
　　在腔–光纖–腔系統(tǒng)中，我們提出利用耗散過程制備分布式糾纏的方案。為了方便研究，我們在綴飾態(tài)表象下展開工作。綴飾態(tài)由原子和腔模相互作用的本征矢來充當。我們首先找到能夠通過原子自發(fā)輻射、腔模泄漏、光纖模泄漏過