基于腔量子電動力學量子糾纏的制備和糾纏動力學的理論研究.pdf

1、量子糾纏作為一種有用的“資源”被廣泛應用于量子計算、量子密鑰分配和量子通信等各個領(lǐng)域，其相關(guān)方面的理論和實驗研究已經(jīng)成為量子信息科學中的一個重要的課題。近年來，人們提出了各種量子系統(tǒng)來制備糾纏態(tài)，如離子、電子自旋、光子、半導體量子點以及腔量子電動力學等。系統(tǒng)與環(huán)境之間不可避免的相互作用引起的退相干效應在很大程度上制約了量子糾纏態(tài)的制備以及相應的量子信息處理方案的實現(xiàn)。而腔量子電動力學系統(tǒng)在抑制退相干方面有不可比擬的優(yōu)勢，成為了制備、存儲

2、、控制糾纏態(tài)和實現(xiàn)量子信息處理的理想平臺。本論文研究了基于腔量子電動力學系統(tǒng)糾纏態(tài)的制備以及糾纏動力學，其主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　1、研究了金剛石晶體中兩氮-空缺中心之間糾纏的產(chǎn)生，討論了兩氮-空缺中心與高Q值的回音壁模式微環(huán)型諧振腔耦合時的糾纏動力學。分析了腔模之間的耦合強度、兩氮-空缺中心之間的距離、氮-空缺中心與腔之間的頻率失諧以及系統(tǒng)的初態(tài)等參數(shù)對糾纏動力學的影響。適當?shù)恼{(diào)節(jié)這些可控的參數(shù)，可以獲得兩氮-空缺中心之

3、間的最大糾纏。
　　2、提出與回音壁模式微腔耦合制備兩偶極發(fā)射器之間最大糾纏的理論方案。在兩金屬納米粒子的幫助下，偶極發(fā)射器與腔之間的耦合在很大程度上得到加強。應用這種混合的腔量子電動力學系統(tǒng)，獲得了兩偶極發(fā)射器之間的最大糾纏并討論了耦合強度、系統(tǒng)初態(tài)以及頻率失諧對糾纏的影響。
　　3、基于量子芝諾效應，我們提出了產(chǎn)生兩分離五能級原子之間三維最大糾纏態(tài)的理論方案。該方案中，兩原子分別囚禁于兩個由光纖連接的雙模腔中，使用有效的

4、量子芝諾動力學，我們只需要一步就可以確定性的、高保真度的獲得兩原子之間的三維糾纏態(tài)，數(shù)值結(jié)果也顯示，我們提出的方案對各系數(shù)的偏離是魯棒性的，對各種退相干因素是不敏感的，同時討論了在現(xiàn)有的實驗技術(shù)條件下該方案的可行性。
　　4、基于與光子分子的耦合，提出了產(chǎn)生兩分離氮-空缺中心糾纏的方案。光子分子包含兩相互耦合的光子晶體腔，腔-腔耦合強度以及氮-空缺中心與腔之間的失諧量可以決定兩氮-空缺中心之間的糾纏動力學。通過適當?shù)恼{(diào)節(jié)這些參數(shù)，

5、可以得到相對高的糾纏值以及長時間的糾纏平臺，這對實際的光子晶體平臺實驗是有幫助的。
　　5、研究了單個氮-空缺中心與光子分子耦合時兩光子之間的糾纏。氮-空缺中心嵌入光子分子中的一個光子晶體腔中，調(diào)節(jié)腔-腔躍遷強度、氮-空缺中心與腔之間的頻率失諧、以及兩腔模之間的頻率失諧等實驗參數(shù)，可以實現(xiàn)光子-光子之間的長時間的穩(wěn)定糾纏。
　　本論文的研究進一步加深了對糾纏態(tài)以及糾纏動力學的認識和理解，為制備穩(wěn)定的糾纏態(tài)提供了新的途徑，對實