量子信息處理的實現(xiàn)方案.pdf

1、量子信息科學是量子力學與信息科學相結(jié)合的產(chǎn)物,主要包括量子通信和量子計算兩個部分。在完成信息處理功能方面,量子信息科學已經(jīng)充分顯示了經(jīng)典信息科學所無法比擬的優(yōu)勢。它的一個分支——量子通信研究的主要內(nèi)容包括:量子秘密分享、量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、量子密鑰分配和量子態(tài)制備等。
　　由于量子不可克隆定理和量子糾纏使量子信息學不同于經(jīng)典信息學,所以對量子克隆的研究有著非常重要的意義。量子不可克隆定理指出:不可能準確地復制任意未知量子態(tài)

2、。量子不可克隆定理是由量子力學基本限定——希爾伯特空間的線性——而得到的。另外,量子邏輯門在量子信息和量子計算中也扮演著非常重要的角色,是量子計算過程的基本組成部分。任何量子計算過程都可以通過一系列的單比特量子門和雙比特量子門來實現(xiàn),因此如何實現(xiàn)這些量子邏輯門也成為人們研究的重點,并且人們已經(jīng)提出了利用不同的物理系統(tǒng)來實現(xiàn)這些量子邏輯門的理論方案。
　　在本論文的第一章中,首先介紹量子信息理論中的量子糾纏、量子密集編碼、量子門、量

3、子不可克隆定理等幾個重要的基本概念,然后介紹最優(yōu)非對稱近似克隆(包括普適量子克隆和相位協(xié)變量子克隆)及其幺正變換。第二章主要介紹腔QED系統(tǒng)的一些知識,并給出利用腔QED技術(shù)實現(xiàn)最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型1到3的相位協(xié)變量子克隆的理論方案。在第三章中,先簡單介紹離子阱系統(tǒng),然后給出一個在離子阱系統(tǒng)中實現(xiàn)兩比特量子門(swap門)的方案。同時,我們還將給出利用離子阱技術(shù)實現(xiàn)最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型1到2和1到3的相位協(xié)變量子克隆的理論方案。本論文包含的研究

4、成果如下:
　　1):利用腔QED技術(shù)實現(xiàn)最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型1到3的相位協(xié)變量子克隆方案;
　　非對稱性經(jīng)濟型1到2和1到3的相位協(xié)變量子克隆是輸入態(tài)振幅已知而相位未知的赤道量子態(tài)克隆,即相位協(xié)變量子克隆,并且量子克隆時不需要輔助粒子,所以稱為經(jīng)濟型的,并且它的幺正變換是非對稱性的。當滿足一定的條件時這種克隆可以演化為對稱性的克隆。我們提出的利用腔QED技術(shù)實現(xiàn)最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型1到3相位協(xié)變克隆的實驗可行性方案,是通過兩能級原

5、子和單模腔的大失諧相互作用來實現(xiàn)的。由于原子和腔的整個相互作用時間遠小于原子的輻射時間,所以此方案不受腔場的態(tài)和腔衰變的影響,可以有效地防止消相干現(xiàn)象的發(fā)生。
　　2):在離子阱系統(tǒng)中實現(xiàn)兩離子swap門的方案;
　　我們提出的在離子阱系統(tǒng)中實現(xiàn)兩離子swap門的理論方案是在Lamb-Dicke極限以及弱激發(fā)范圍內(nèi)并且以共振邊帶激發(fā)為基礎(chǔ)的,在方案中離子僅僅被單束激光驅(qū)動,并且離子和質(zhì)心模的態(tài)互相映射。由于被陷離子的內(nèi)部態(tài)不

6、容易受量子消相干的影響,所以此方案不受量子消相干的影響,因此本方案有可能在實驗上實現(xiàn)。
　　3):基于離子阱技術(shù)的最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型1到2和1到3的相位協(xié)變量子克隆方案;
　　我們提出的利用離子阱技術(shù)實現(xiàn)最優(yōu)非對稱經(jīng)濟型1到2和1到3的相位協(xié)變量子克隆方案也是在Lamb-Dicke極限和弱激發(fā)范圍內(nèi)用一束激光與離子發(fā)生共振相互作用,并且以共振邊帶激發(fā)為基礎(chǔ)的,在克隆過程中只有一束激光與離子發(fā)生共振作用,并且只要兩步就可以完成最