動力學(xué)退耦合方法在生成簇態(tài)和自旋壓縮態(tài)中的應(yīng)用.pdf

1、由量子力學(xué)和信息科學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的量子信息科學(xué)主要包括量子計算、量子度量學(xué)、量子模擬、量子通信和量子密碼這五個領(lǐng)域。因為量子信息科學(xué)包含量子物理的特性，所以其在很多方面都表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢，如具有強大并行計算能力的量子計算的計算速度遠(yuǎn)快于經(jīng)典計算，能勝任很多經(jīng)典計算所不能完成的任務(wù);量子度量的精度在一些領(lǐng)域也已經(jīng)突破了經(jīng)典物理極限，甚至逼近了海森堡極限（量子力學(xué)極限）。
　　在這篇論文中，我們介紹了量子信息科學(xué)包含的五個主要領(lǐng)域的

2、基本知識，其中重點介紹了量子計算。量子退相干現(xiàn)象是實現(xiàn)量子計算所必須要克服的一個主要障礙，我們介紹了克服量子退相干的三種方法:量子糾錯碼、消相干子空間和動力學(xué)退耦合，其中重點介紹了第三種方法。應(yīng)用動力學(xué)退耦合的方法我們有效的消除了量子比特之間的次近鄰相互作用因而大大提高了生成的簇態(tài)的保真度。另外，應(yīng)用動力學(xué)退耦合方法的思想我們成功的將單軸自旋壓縮態(tài)轉(zhuǎn)變成了壓縮性質(zhì)更加優(yōu)良的雙軸自旋壓縮態(tài)。我們還可以將制備自旋壓縮態(tài)過程中的非線性噪聲有效

3、的消除掉。具體如下:
　　1.通過分析已經(jīng)提出的制備鏈狀簇態(tài)的方法，我們發(fā)現(xiàn)量子比特間的長程相互作用會導(dǎo)致生成簇態(tài)的保真度大大的降低。為了解決這一問題，我們提出了應(yīng)用動力學(xué)退耦合方法來消除量子比特間次近鄰相互作用的方案，其中我們分別在XY和Ising模型中研究了這一問題。我們提出的方法最終將不想要的次近鄰相互作用有效的抑制掉了，因而大大提高了生成簇態(tài)的保真度。
　　2.我們提出了一個將單軸自旋壓縮哈密頓轉(zhuǎn)變成雙軸自旋壓縮哈密

4、頓的方案，其中我們是依據(jù)Trotter-Suzuki近似展開理論完成的上述方案。和Liu等人提出的將單軸自旋壓縮轉(zhuǎn)變成雙軸自旋壓縮的方法[Y.C.Liu et al.，Phys.Rev.Lett.107，013601(2011)]相比，我們將外加脈沖對數(shù)從1000多減少到了50，這在實驗上更容易實現(xiàn)。另外，和文章[C.Shen et al.，Phys.Rev.A87，051801(2013)]中的方法相比，我們的方法不依賴于系統(tǒng)中的粒子

5、數(shù)而且需要的演化時間也比較短。我們在文章中也給出了Trotter-Suzuki近似展開方案的誤差分析。
　　3.我們提出了一個在制備單軸自旋壓縮態(tài)過程中既可以保護(hù)又可以加強壓縮性質(zhì)的方法，此方法是借助于外加脈沖序列來實現(xiàn)的。這里，“保護(hù)”是指系統(tǒng)演化過程中不受平方項的非線性噪聲的影響，“加強”是指可以將單軸自旋壓縮態(tài)轉(zhuǎn)化成雙軸自旋壓縮態(tài)。保護(hù)自旋壓縮是通過將二次項的噪聲算符轉(zhuǎn)化成總角動量算符的平方，進(jìn)而應(yīng)用總角動量算符的平方的守恒