基于量子控制的光纖微腔系統(tǒng)量子態(tài)確定性傳輸.pdf

1、本論文首先回顧了近年來關(guān)于量子態(tài)傳輸?shù)难芯扛艣r，介紹了近年來發(fā)展起來的基于Lyapunov方法的量子控制理論。其次，本文重點(diǎn)研究了在一個(gè)由囚禁在光纖連接的遠(yuǎn)距離微腔中的三個(gè)原子組成的量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)單原子任意量子態(tài)確定性傳輸、兩原子任意糾纏態(tài)轉(zhuǎn)移、兩原子C-Not門以及Lyapunov控制的單原子任意量子態(tài)確定性傳輸?shù)人牟糠謨?nèi)容，并給出了完成相應(yīng)任務(wù)的理論方案。
　　對(duì)第一部分內(nèi)容的研究結(jié)果表明，在有效三原子Ising模型下，通過兩

2、步完全類似的操作即可把一個(gè)原子的任意量子態(tài)確定性地傳輸給另一個(gè)原子，該方案僅需的操作是同步開/關(guān)施加在兩個(gè)原子上的局域激光場(chǎng)。如，若要在原子1和2之間實(shí)現(xiàn)任意量子態(tài)確定性傳輸，則只需在初始原子1和輔助原子3之間執(zhí)行同步開/關(guān)局域激光場(chǎng)的操作，然后在輔助原子3和目標(biāo)原子2之間執(zhí)行相同的操作。對(duì)第二部分內(nèi)容的研究結(jié)果表明，對(duì)于同樣的量子模型，通過兩步完全類似的操作即可實(shí)現(xiàn)將兩原子任意糾纏態(tài)從其中兩個(gè)原子確定性地轉(zhuǎn)移至另外兩個(gè)原子，該方案僅需

3、的操作是在單個(gè)目標(biāo)原子上開/關(guān)施加在該原子上的局域激光場(chǎng)。如，若要將原子1和2的任意糾纏態(tài)轉(zhuǎn)移至原子2和3，則只需首先在原子1上施加局域激光場(chǎng)，之后在原子3上施加局域激光場(chǎng)。對(duì)第三部分的研究結(jié)果表明，僅需單獨(dú)打開/關(guān)閉施加在被控制位原子上的局域激光場(chǎng)，并使控制位原子單獨(dú)停留在腔中一段時(shí)間，即可確定性地實(shí)現(xiàn)兩原子控制-非門。
　　在這三部分研究中，我們討論了原子自發(fā)輻射對(duì)量子態(tài)傳輸保真度的影響。結(jié)果表明原子自發(fā)輻射減少了保真度的數(shù)值

4、。然而，自發(fā)輻射和操作時(shí)間誤差的共同影響能減少實(shí)現(xiàn)單原子任意量子態(tài)傳輸最大保真度的時(shí)間花費(fèi)，這有助于加快量子態(tài)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)。當(dāng)自發(fā)輻射率不太大時(shí)，兩原子糾纏轉(zhuǎn)移的保真度仍然接近100％。方案的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，獲得長時(shí)有效哈密頓量的條件是保證局域激光場(chǎng)與原子耦合的Rabi頻率Γ0與Ising耦合強(qiáng)度J0之間滿足Γ0＜＜J0，而當(dāng)激光場(chǎng)與原子弱耦合時(shí)，光子在短光纖（米級(jí)）上的泄漏對(duì)該條件的影響基本可以忽略。方案的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它們?cè)凇鳌枝剩荆緂的條