26239.利用耦合腔qed系統(tǒng)進(jìn)行量子信息處理

1、博士學(xué)位論文利用耦合腔QED系統(tǒng)進(jìn)行量子信息處理ProceedingquantuminformationprocessingincoupledcavityQEDsystem學(xué)號(hào)：!!!Q2QQ2大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要量子信息學(xué)自從上世紀(jì)八十年代誕生以來就一直是科研領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，量子信息學(xué)旨在利用量子力學(xué)中量子態(tài)的疊加、相干、糾纏等特性，對(duì)傳統(tǒng)信息學(xué)領(lǐng)域中信息的加

2、密、傳送、計(jì)算等方面進(jìn)行量子化的處理，以實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配，量子隱形傳態(tài)，量子計(jì)算等傳統(tǒng)信息學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的信息處理目的。用以量子信息處理的物理載體有很多，其中腔QED系統(tǒng)利用光子與原子的相互作用進(jìn)行量子信息處理。由于原子、光子的壽命遠(yuǎn)大于其相互作用時(shí)間，因此該系統(tǒng)具有很好的抗退相干性，幾十年來無論在理論還是實(shí)驗(yàn)上都得到了廣泛的研究。尤其是近年來具有超高品質(zhì)因子腔的成功研制，使得腔QED系統(tǒng)成為未來量子信息處理實(shí)用化最有潛力的候選者之一。另一

3、方面，受系統(tǒng)尋址、抗干擾性等實(shí)際信息處理過程的需要，將多個(gè)腔體進(jìn)行耦合以實(shí)現(xiàn)分布式信息處理是未來量子信息處理的一大趨勢(shì)，因此本文的主要工作就是基于耦合腔QED系統(tǒng)進(jìn)行展開的。我們分別討論了如何利用耦合腔QED系統(tǒng)進(jìn)行量子態(tài)制備、量子態(tài)轉(zhuǎn)移和實(shí)現(xiàn)量子邏輯門。全文共七章，其中第四章到第七章為我們的主要研究?jī)?nèi)容，具體章節(jié)安排如下：第一章主要介紹了量子信息的研究背景及具體應(yīng)用，同時(shí)對(duì)本文的具體物理載體一一腔QED系統(tǒng)作了簡(jiǎn)單介紹。第二章主要對(duì)量

4、子信息的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了介紹，包括量子力學(xué)繪景、量子比特、密度算符與矩陣、量子邏輯門、量子糾纏和保真度。第三章我們主要介紹腔QED系統(tǒng)方面的理論知識(shí)，包括Jaynes—Cummings模型、短光纖近似理論以及與外界環(huán)境耦合下的哈密頓量模型。第四章我們提出了兩種基于不同的十字架耦合腔結(jié)構(gòu)一步實(shí)現(xiàn)三粒子之間GHZ態(tài)制備的方案。與之前的方案相比，這兩種方案的優(yōu)勢(shì)在于其制備步驟比較簡(jiǎn)單且高效，尤其是第二種方案可在一定程度上等同于在一個(gè)腔中制備二粒

5、子糾纏態(tài)，而這在實(shí)驗(yàn)上早已實(shí)現(xiàn)。第五章我們提出了基于腔一光纖一腔架構(gòu)利用原子與腔場(chǎng)的共振相互作用進(jìn)行三維量子態(tài)轉(zhuǎn)移的方案，并與采用大失諧的方案進(jìn)行了對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)在同一耗散條件下該方案的保真度要好于大失諧的情況，并且相互作用時(shí)間也大大縮短。同時(shí)，利用凍結(jié)原子能級(jí)的辦法該模型還可用于實(shí)現(xiàn)量子相位門，提高了靈活度。另外也對(duì)原有大失諧的方案進(jìn)行了一定改進(jìn)，可一次傳送二個(gè)原子的二維量子信息。第六章我們提出將原子系綜代替原子并利用大失諧過程在腔一