基于腔量子電動力學的多比特量子計算.pdf

1、量子計算是以建造基于量子力學原理、能在許多復雜計算問題處理上大大超越經(jīng)典計算機性能的新型計算機為目的的一門科學。量子計算機因其并行計算和量子模擬的巨大速度優(yōu)勢，有著非常誘人的應用前景。當然，要實現(xiàn)真正意義上的量子計算，還有許多困難要去克服。具體的量子計算是通過讓經(jīng)過信息編碼的量子態(tài)經(jīng)歷一系列的演化實現(xiàn)的。量子計算通過量子門的建造和量子算法的實現(xiàn)，來對量子信息進行制備，傳輸，存儲，操控和讀取等，是量子信息學的重要分支。
　　 在量

2、子計算的研究中，需要對量子信息進行處理，那么物理體系一定要有。已經(jīng)提出的方案中，如核磁共振，線性光學，離子阱，量子點，超導線路中的約瑟夫森結(jié)，腔量子電動力學等，腔量子電動力學（腔QED）方案由于可以提供一個獲得糾纏態(tài)和量子信息操控的近乎理想的平臺，所以被認為是最有前景的物理體系之一。這也是本碩士論文的主要研究動機。
　　 本論文致力于研究基于原子系綜-腔量子電動力學的量子計算，主要集中在多比特量子計算上，研究了多比特量子門的建造

3、、多比特對稱糾纏態(tài)（Dicke）態(tài)的制備方法和多量子比特信息的處理，并考慮到克服目前腔QED方案在量子信息處理的過程中的兩大主要障礙：量子系統(tǒng)的消相干問題和量子計算的可擴展性問題。包括五部分的內(nèi)容：
　　 第一章簡要的介紹了量子光學和量子信息科學的基本知識。首先介紹了包括電磁場的量子化，光子量子態(tài)Fork空間的表示和原子-光子的相互作用（標準的Jaynes-Cummings模型）在內(nèi)的量子光學的知識。然后回顧了量子信息科學的背景

4、知識。這里我們主要講述了量子比特，糾纏，邏輯門操作等幾個重要的概念。
　　 第二章介紹腔量子電動力學系統(tǒng)的基本理論和實驗發(fā)展。我們首先考慮標準的Jaynes-Cummings模型，然后討論了強耦合的定義，最后綜述了當前可以進行腔量子電動力學研究的物理體系。
　　 第三章通過一個雙拉曼通道一步實現(xiàn)一個多比特量子相位門。在位于腔中的N個三態(tài)原子的基態(tài)子空間內(nèi)一步實現(xiàn)了一個受控N比特相位門，通過適當?shù)恼{(diào)節(jié)外部驅(qū)動場和原子耦合的

5、強度和失諧量我們，可以把這個方案推廣到一步制備囚禁在腔內(nèi)的N個原子的Dicke態(tài)。它的一個優(yōu)點是抗消相干性強。
　　 第四章用飛行原子比特和原子系綜比特實現(xiàn)可擴展的量子信息處理。鄭在文獻[Phys.Rev.A 77，045802（2008）]中提出了一個原子系綜和一個受經(jīng)典場驅(qū)動的單原子與一個大失諧的腔模相耦合的動力學特性可以被描述為一種推廣的Jaynes-Cummings哈密頓量，現(xiàn)在我們修正了這個方案，使這個單原子飛過放有原