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，本文重點研究了在一個由囚禁在光纖連接的遠距離微腔中的三個原子組成的量子系統(tǒng)中實現(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原子的任意量子態(tài)確定性地傳輸給另一個原子，該方案僅需的操作是同步開/關(guān)施加在兩個原子上的局域激光場。如，若要在原子1和2之間實現(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。對第二部分內(nèi)容的研究結(jié)果表明，對于同樣的量子模型，通過兩步完全類似的操作即可實現(xiàn)將兩原子任意糾纏態(tài)從其中兩個原子確定性地轉(zhuǎn)移至另外兩個原子，該方案僅需

3、的操作是在單個目標(biāo)原子上開/關(guān)施加在該原子上的局域激光場。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，之后在原子3上施加局域激光場。對第三部分的研究結(jié)果表明，僅需單獨打開/關(guān)閉施加在被控制位原子上的局域激光場，并使控制位原子單獨停留在腔中一段時間，即可確定性地實現(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)輻射和操作時間誤差的共同影響能減少實現(xiàn)單原子任意量子態(tài)傳輸最大保真度的時間花費，這有助于加快量子態(tài)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)。當(dāng)自發(fā)輻射率不太大時，兩原子糾纏轉(zhuǎn)移的保真度仍然接近100％。方案的一個優(yōu)勢是，獲得長時有效哈密頓量的條件是保證局域激光場與原子耦合的Rabi頻率Γ0與Ising耦合強度J0之間滿足Γ0＜＜J0，而當(dāng)激光場與原子弱耦合時，光子在短光纖（米級）上的泄漏對該條件的影響基本可以忽略。方案的另一個優(yōu)勢是它們在△≈κ＞＞g的條