相干介質(zhì)中的量子調(diào)控研究.pdf

1、量子信息科學(xué)是一門(mén)新興的、以量子力學(xué)和經(jīng)典信息學(xué)理論為主干的交叉學(xué)科。它在現(xiàn)代物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域中都有不可忽視的影響力。量子信息學(xué)不僅對(duì)深入認(rèn)識(shí)量子力學(xué)的基本原理具有重要意義，也有著廣闊的應(yīng)用前景。在量子信息科學(xué)中，糾纏態(tài)作為一種重要的物理資源，被廣泛應(yīng)用于量子計(jì)算、量子通信、量子密碼學(xué)等領(lǐng)域。近年來(lái)，操控和制備量子糾纏態(tài)以及一些對(duì)量子態(tài)的調(diào)控操作成為量子物理和信息科學(xué)的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，很多系統(tǒng)都已經(jīng)被用來(lái)作為研究量子調(diào)控的平臺(tái)。例如，腔

2、量子電動(dòng)力學(xué)（腔QED）體系、核磁共振體系、量子點(diǎn)、囚禁離子系統(tǒng)等。其中腔QED 系統(tǒng)可以有效的抑制原子-光子系統(tǒng)和周?chē)h(huán)境之間的消相干，是最有前景的量子硬件設(shè)計(jì)方案之一。正是基于此，本文研究了腔QED 系統(tǒng)中的量子調(diào)控，包括原子糾纏態(tài)的制備，空間分離的量子比特之間量子態(tài)的轉(zhuǎn)移等。具體研究?jī)?nèi)容和取得的研究成果如下：
　　 1.在一個(gè)開(kāi)放的四能級(jí)原子系統(tǒng)中，基于關(guān)聯(lián)自發(fā)輻射激光理論，提出了實(shí)現(xiàn)三分量連續(xù)變量糾纏態(tài)的理論方案。通過(guò)數(shù)

3、值模擬系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為，研究了糾纏態(tài)的制備和演化的性質(zhì)，并分析了經(jīng)典場(chǎng)強(qiáng)度以及腔模初始狀態(tài)對(duì)三模糾纏產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，糾纏態(tài)的實(shí)現(xiàn)對(duì)初始條件不敏感，而糾纏時(shí)間的延長(zhǎng)可以通過(guò)增大經(jīng)典場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)完成。此方案的三模糾纏態(tài)具有三色性，這對(duì)于量子信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有一定的意義。
　　 2.在一個(gè)腔-光纖耦合系統(tǒng)中，通過(guò)暗態(tài)演化的絕熱近似方法，提出了實(shí)現(xiàn)原子的GHZ 態(tài)和W 態(tài)的理論方案。在此方案中，三個(gè)原子被囚禁在空間分離的三個(gè)光學(xué)腔中

4、，這三個(gè)光學(xué)腔之間由兩條光纖連接。在一定條件下，腔模和光纖模式的激發(fā)態(tài)的布居可以被忽略，同時(shí)原子的自發(fā)輻射衰減也能夠被有效的抑制。數(shù)值模擬結(jié)果表明，本文方案對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的誤差不敏感。
　　 3.基于經(jīng)典場(chǎng)誘導(dǎo)原子相干效應(yīng)，研究了一個(gè)新型的光與物質(zhì)相互作用體系：兩個(gè)單分子磁體分別嵌入通過(guò)光纖耦合的兩個(gè)光學(xué)微腔中。該體系可以看做標(biāo)準(zhǔn)的腔量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。利用數(shù)值求解薛定諤方程，研究了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程。從理論上證明了通過(guò)選擇合適的相