基于原子-腔-光纖系統(tǒng)的糾纏態(tài)制備和遠程量子邏輯門實現方案.pdf

1、對腔量子電動力學而言，隨著腔中耦合原子的增多，由于原子間的交叉相互作用，使得對原子自身和原子與腔相互作用的操縱變得越來越困難，所以單個腔中可以耦合的原子數目是有物理限制的。但是，一臺實用的量子計算機必然包含很多量子比特，并且它的能力會隨著所包含量子比特數目的增多而增強。因此人們提出了分布量子計算的方案。它通過量子傳輸線連接多個空間分離的包含少數量子比特的處理器組成網絡來實現量子計算。制備分離子系統(tǒng)間共享的糾纏和構建遠程量子邏輯門是實現分

2、布量子計算的核心問題。另一方面，近來在實驗上已經能夠實現囚禁在光學腔中的單個原子控制、原子與腔及光纖與腔的強耦合。因此，原子-腔-光纖耦合系統(tǒng)逐漸引起了人們的重視，提出了許多基于此類系統(tǒng)完成量子信息處理的方案。本文以此類系統(tǒng)作為研究對象，提出一些制備遠程兩比特共享糾纏態(tài)、多比特W態(tài)和三比特Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)態(tài)、實現遠程兩比特量子控制相位門和交換門、及遠程三比特量子控制Z門的理論方案。本文的主

3、要工作包括以下內容：
　　 ⑴基于通過光纖連接的三個腔分別與三個原子耦合組成的系統(tǒng)，提出一種通過絕熱演化制備遠程兩比特共享糾纏態(tài)的方案。并把它推廣到制備多體W態(tài)的情況。此外，基于此系統(tǒng)可以通過信息分發(fā)實現量子信息共享。這些結果有助于對量子網絡和量子密碼學方面的研究。并且，這些方案是易于操作的，因為在完成方案的整個過程中只需調節(jié)驅動原子的經典場。
　　 ⑵基于通過光纖連接的單原子-腔和雙原子-腔耦合組成的系統(tǒng)。提出分別通過

4、控制相互作用時間和絕熱演化確定性地制備遠程三原子共享GHZ態(tài)的方案。并且研究原子自發(fā)輻射和腔與光纖的光子泄漏等消相干過程帶來的影響。結果表明，即使在考慮消相干的情況下，這些方案也能夠以比較高的保真度實現。
　　 ⑶基于通過光纖連接的兩個腔分別與經典光驅動的兩個二能級原子耦合組成的系統(tǒng)，提出實現遠程兩比特量子邏輯門的方案。研究發(fā)現，當腔場頻率和原子躍遷頻率間存在失諧時，在經典場的輔助下可以實現遠程兩比特量子控制相位門和交換門。此外

5、，分析腔場和光纖的耗散等導致的消相干對此方案的影響；并通過引入Λ型原子有效地抑制原子自發(fā)輻射的影響。
　　 ⑷基于通過光纖連接的三個腔分別與三個Λ型原子耦合組成的系統(tǒng)，提出實現遠程三比特量子控制Z門的方案。并研究一些消相干過程如原子的自發(fā)輻射及光纖和腔的光子泄漏等帶來的影響。結果表明，即使在考慮消相干的情況下此方案也能以較高的保真度實現。此結果可以推廣到由光纖連接的N個腔分別與N個Λ型原子耦合的情況，進而實現遠程N比特量子控制Z