多粒子糾纏態(tài)制備及其應用.pdf

1、我們的時代是信息時代，信息科學對人類生活和發(fā)展起著巨大的作用。然而，現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，如電子計算機、通訊網(wǎng)絡、信息檢測等，其信息功能已經(jīng)接近開拓到極限值。在這種情況下，量子信息學應運而生了。二十世紀80年代以后發(fā)展起來的量子信息學是量子力學和信息科學結(jié)合的產(chǎn)物，可突破現(xiàn)有信息技術的物理極限，是后莫爾時代重要的新一代技術。由于量子信息具有給信息工程帶來劃時代變革的巨大潛力，不僅引起科學界廣泛關注，而且受到信息產(chǎn)業(yè)界和軍事部門的高度重視。因此

2、量子信息科學作為目前最有吸引力的前沿領域之一，已經(jīng)成為國際學術界研究的熱點，發(fā)展非常迅猛。 量子糾纏是量子力學不同于經(jīng)典物理的存在于多子系量子系統(tǒng)中的一種最奇妙、最不可思議的現(xiàn)象，即對一個子系統(tǒng)的測量結(jié)果無法獨立于其它子系的測量參數(shù)。在量子信息學領域，量子糾纏是一種非常有用的信息“資源”，在量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、量子密鑰分配以及在量子計算的加速、量子糾錯、防錯等方面都起著關鍵作用。雖然現(xiàn)今人們對兩粒子或者兩體系量子糾纏的認

3、識已經(jīng)比較全面，并提出了大量的制備方案，但是對于多粒子或者多體系糾纏，人們還在努力研究探索之中。本文著重對多粒子糾纏的制備問題以及糾纏在量子計算中的運用進行了研究，主要研究成果如下： 1.多粒子糾纏態(tài)的制備方案 (i)基于腔量子電動力學技術(QED)進行多原子簇態(tài)的制備，分別考慮在理想情況下和現(xiàn)實情況下(存在腔衰減和原子的自發(fā)輻射)的制備方案。研究表明：利用兩原子同時與腔的共振相互作用，在理想情況下，多原子簇態(tài)制備的概率

4、和保真度均為1.0。在存在腔衰減和原子的自發(fā)輻射情況下，多原子簇態(tài)制備的概率和保真度均略有減小，但是隨著原子數(shù)目的增加成功的概率和保真度會呈指數(shù)減小。通過分析，我們還得出，現(xiàn)有的實驗技術對該方案的實現(xiàn)是切實可行的。 (ii)基于原子系綜體系進行多原子系綜簇態(tài)的制備。利用構(gòu)成原子系綜原子的特殊能級結(jié)構(gòu)并結(jié)合線性光學元件、激光脈沖實現(xiàn)了聯(lián)合測量(BSM)和受控非門(C-Notgate)，接著在此基礎上通過耦合很容易制備了多原子系綜簇

5、念。研究表明，系綜體系具有很好的內(nèi)在容錯機能，即使在每一個小的步驟中成功地概率非常小，最終依然能成功制備出簇念，這點對于整個量子通信和量子計算的實現(xiàn)都是具有很大現(xiàn)實意義的。 2.Deutsch-Jozsa算法的實現(xiàn)方案 (i)基于腔QED技術的Dcutsch-Jozsa算法的實現(xiàn)方案。分別利用大失諧相互作用和共振相互作用實現(xiàn)Deutsch-Jozsa算法。 (ii)基于原子系綜體系的Deutsch-Jozsa算法