基于原子-腔-光纖系統(tǒng)的糾纏態(tài)制備和遠(yuǎn)程量子邏輯門實現(xiàn)方案.pdf

1、對腔量子電動力學(xué)而言，隨著腔中耦合原子的增多，由于原子間的交叉相互作用，使得對原子自身和原子與腔相互作用的操縱變得越來越困難，所以單個腔中可以耦合的原子數(shù)目是有物理限制的。但是，一臺實用的量子計算機(jī)必然包含很多量子比特，并且它的能力會隨著所包含量子比特數(shù)目的增多而增強(qiáng)。因此人們提出了分布量子計算的方案。它通過量子傳輸線連接多個空間分離的包含少數(shù)量子比特的處理器組成網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)量子計算。制備分離子系統(tǒng)間共享的糾纏和構(gòu)建遠(yuǎn)程量子邏輯門是實現(xiàn)分

2、布量子計算的核心問題。另一方面，近來在實驗上已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)囚禁在光學(xué)腔中的單個原子控制、原子與腔及光纖與腔的強(qiáng)耦合。因此，原子-腔-光纖耦合系統(tǒng)逐漸引起了人們的重視，提出了許多基于此類系統(tǒng)完成量子信息處理的方案。本文以此類系統(tǒng)作為研究對象，提出一些制備遠(yuǎn)程兩比特共享糾纏態(tài)、多比特W態(tài)和三比特Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)態(tài)、實現(xiàn)遠(yuǎn)程兩比特量子控制相位門和交換門、及遠(yuǎn)程三比特量子控制Z門的理論方案。本文的主

3、要工作包括以下內(nèi)容：
　　 ⑴基于通過光纖連接的三個腔分別與三個原子耦合組成的系統(tǒng)，提出一種通過絕熱演化制備遠(yuǎn)程兩比特共享糾纏態(tài)的方案。并把它推廣到制備多體W態(tài)的情況。此外，基于此系統(tǒng)可以通過信息分發(fā)實現(xiàn)量子信息共享。這些結(jié)果有助于對量子網(wǎng)絡(luò)和量子密碼學(xué)方面的研究。并且，這些方案是易于操作的，因為在完成方案的整個過程中只需調(diào)節(jié)驅(qū)動原子的經(jīng)典場。
　　 ⑵基于通過光纖連接的單原子-腔和雙原子-腔耦合組成的系統(tǒng)。提出分別通過

4、控制相互作用時間和絕熱演化確定性地制備遠(yuǎn)程三原子共享GHZ態(tài)的方案。并且研究原子自發(fā)輻射和腔與光纖的光子泄漏等消相干過程帶來的影響。結(jié)果表明，即使在考慮消相干的情況下，這些方案也能夠以比較高的保真度實現(xiàn)。
　　 ⑶基于通過光纖連接的兩個腔分別與經(jīng)典光驅(qū)動的兩個二能級原子耦合組成的系統(tǒng)，提出實現(xiàn)遠(yuǎn)程兩比特量子邏輯門的方案。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)腔場頻率和原子躍遷頻率間存在失諧時，在經(jīng)典場的輔助下可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程兩比特量子控制相位門和交換門。此外

5、，分析腔場和光纖的耗散等導(dǎo)致的消相干對此方案的影響；并通過引入Λ型原子有效地抑制原子自發(fā)輻射的影響。
　　 ⑷基于通過光纖連接的三個腔分別與三個Λ型原子耦合組成的系統(tǒng)，提出實現(xiàn)遠(yuǎn)程三比特量子控制Z門的方案。并研究一些消相干過程如原子的自發(fā)輻射及光纖和腔的光子泄漏等帶來的影響。結(jié)果表明，即使在考慮消相干的情況下此方案也能以較高的保真度實現(xiàn)。此結(jié)果可以推廣到由光纖連接的N個腔分別與N個Λ型原子耦合的情況，進(jìn)而實現(xiàn)遠(yuǎn)程N比特量子控制Z