量子克隆實現(xiàn)方案的研究.pdf

1、量子信息是量子力學(xué)和信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,量子信息的發(fā)展有希望對信息處理過程、算法的問題、操控納米量級的設(shè)備以及基礎(chǔ)物理帶來重大影響,它將改變我們對于原子量級世界理解的方式,使得量子世界變得更加熟悉和容易理解。
　　操控和提取量子信息是構(gòu)造量子計算機中的一個十分重要的任務(wù)。正如在經(jīng)典計算機中一樣,量子信息的復(fù)制也是必不可少的操作。但由于量子不可克隆定理和希爾伯特空間線性性的局限,我們不可能準(zhǔn)確地復(fù)制任意未知量子態(tài)。所以人們將更多的

2、精力放在近似克隆理論的工作中。本論文著重研究量子克隆及其遠程克隆的理論,同時也提出了在實驗上實現(xiàn)量子克隆和遠程克隆的方案,取得如下成果:
　　1.普適量子克隆及其遠程克隆方案的研究
　　(1)我們提出了一個實現(xiàn)1→2最優(yōu)普適量子克隆的方案,該方案將三個超導(dǎo)比特固定在微波腔中,通過拉曼躍遷實現(xiàn)對這三個超導(dǎo)比特的控制。用這種方法,信息不需要在超導(dǎo)比特與腔場中傳遞,并且腔場處于虛激發(fā),因此腔的衰減在整個克隆過程中得到抑制。另外我們

3、的方案只利用超導(dǎo)比特的兩個低能級,因此由自發(fā)輻射所導(dǎo)致的退相干效應(yīng)也是非常小的。與原子和腔的系統(tǒng)相比較,超導(dǎo)比特有較長的消相干時間和容易級聯(lián)等優(yōu)勢。所以我們的方案很可能在實驗上實現(xiàn)。
　　(2)我們提出了一個實現(xiàn)1→2最優(yōu)普適量子遠程克隆的方案。在這個方案中,實現(xiàn)了任意一個原子的量子態(tài)遠程克隆到另兩個原子上,更重要的是方案中的三個原子被分別束縛在三個分立的腔中。對于未來的量子計算機和量子通訊所需要的量子網(wǎng)絡(luò)來說,信息需要在量子節(jié)點

4、之間傳遞和復(fù)制。我們的方案所選用的量子糾纏通道是原子和光子相互糾纏的一個特殊的糾纏態(tài)。該方案利用了光子有較長的消相干時間并且容易實現(xiàn)單比特量子門,以及原子可作為信息儲存的載體這些優(yōu)勢來實現(xiàn)量子遠程克隆的方案。其次我們也呈現(xiàn)了光子和原子間的一個完全的貝爾態(tài)測量。
　　2.相位協(xié)變量子克隆及其遠程克隆方案的研究
　　(1)我們提出1→3最優(yōu)經(jīng)濟型相位協(xié)變量子克隆方案。這種類型的量子克隆機,是輸入態(tài)振幅已知而相位未知,分布在Blo

5、ch球上的量子態(tài)。由于在量子克隆時不需要輔助粒子,所以稱為經(jīng)濟的。在該方案中,我們不需要對每個原子精確尋址和分別操控以及操控光子和原子的作用時間,只需要對光學(xué)腔所泄漏的光子經(jīng)行探測就可以確定克隆的成功與否。并且我們想得到的輸出態(tài)是原子的兩個低能級的疊加態(tài),因此由自發(fā)輻射所導(dǎo)致退相干效應(yīng)得到抑制。該文的新穎之處是恰到好處的利用了腔衰減這一劣勢,并且利用測量輔助量子克隆的實現(xiàn)。
　　(2)我們提出1→M經(jīng)濟型相位協(xié)變量子克隆方案。這種

6、類型的量子克隆機,是輸入態(tài)振幅已知而相位未知,分布在Bloch球上的量子態(tài)。在該方案中,我們不需要對每個原子精確尋址和分別操控以及操控光子和原子的作用時間。整個步驟十分簡單,只需要將光子直接入射光學(xué)腔并探測被光學(xué)腔反射的光子即可確定克隆的成功與否。并且我們想得到的輸出態(tài)是原子的兩個低能級的疊加態(tài),因此由自發(fā)輻射所導(dǎo)致退相干效應(yīng)得到抑制。
　　(3)我們利用腔QED提出了一個試驗上可行的方案去實現(xiàn)1→2最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型相位協(xié)變遠程克