多粒子糾纏態(tài)制備及其應(yīng)用.pdf

1、我們的時(shí)代是信息時(shí)代，信息科學(xué)對(duì)人類生活和發(fā)展起著巨大的作用。然而，現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，如電子計(jì)算機(jī)、通訊網(wǎng)絡(luò)、信息檢測(cè)等，其信息功能已經(jīng)接近開拓到極限值。在這種情況下，量子信息學(xué)應(yīng)運(yùn)而生了。二十世紀(jì)80年代以后發(fā)展起來的量子信息學(xué)是量子力學(xué)和信息科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，可突破現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，是后莫爾時(shí)代重要的新一代技術(shù)。由于量子信息具有給信息工程帶來劃時(shí)代變革的巨大潛力，不僅引起科學(xué)界廣泛關(guān)注，而且受到信息產(chǎn)業(yè)界和軍事部門的高度重視。因此

2、量子信息科學(xué)作為目前最有吸引力的前沿領(lǐng)域之一，已經(jīng)成為國(guó)際學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，發(fā)展非常迅猛。 量子糾纏是量子力學(xué)不同于經(jīng)典物理的存在于多子系量子系統(tǒng)中的一種最奇妙、最不可思議的現(xiàn)象，即對(duì)一個(gè)子系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果無法獨(dú)立于其它子系的測(cè)量參數(shù)。在量子信息學(xué)領(lǐng)域，量子糾纏是一種非常有用的信息“資源”，在量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼、量子密鑰分配以及在量子計(jì)算的加速、量子糾錯(cuò)、防錯(cuò)等方面都起著關(guān)鍵作用。雖然現(xiàn)今人們對(duì)兩粒子或者兩體系量子糾纏的認(rèn)

3、識(shí)已經(jīng)比較全面，并提出了大量的制備方案，但是對(duì)于多粒子或者多體系糾纏，人們還在努力研究探索之中。本文著重對(duì)多粒子糾纏的制備問題以及糾纏在量子計(jì)算中的運(yùn)用進(jìn)行了研究，主要研究成果如下： 1.多粒子糾纏態(tài)的制備方案 (i)基于腔量子電動(dòng)力學(xué)技術(shù)(QED)進(jìn)行多原子簇態(tài)的制備，分別考慮在理想情況下和現(xiàn)實(shí)情況下(存在腔衰減和原子的自發(fā)輻射)的制備方案。研究表明：利用兩原子同時(shí)與腔的共振相互作用，在理想情況下，多原子簇態(tài)制備的概率

4、和保真度均為1.0。在存在腔衰減和原子的自發(fā)輻射情況下，多原子簇態(tài)制備的概率和保真度均略有減小，但是隨著原子數(shù)目的增加成功的概率和保真度會(huì)呈指數(shù)減小。通過分析，我們還得出，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)該方案的實(shí)現(xiàn)是切實(shí)可行的。 (ii)基于原子系綜體系進(jìn)行多原子系綜簇態(tài)的制備。利用構(gòu)成原子系綜原子的特殊能級(jí)結(jié)構(gòu)并結(jié)合線性光學(xué)元件、激光脈沖實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合測(cè)量(BSM)和受控非門(C-Notgate)，接著在此基礎(chǔ)上通過耦合很容易制備了多原子系綜簇

5、念。研究表明，系綜體系具有很好的內(nèi)在容錯(cuò)機(jī)能，即使在每一個(gè)小的步驟中成功地概率非常小，最終依然能成功制備出簇念，這點(diǎn)對(duì)于整個(gè)量子通信和量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)都是具有很大現(xiàn)實(shí)意義的。 2.Deutsch-Jozsa算法的實(shí)現(xiàn)方案 (i)基于腔QED技術(shù)的Dcutsch-Jozsa算法的實(shí)現(xiàn)方案。分別利用大失諧相互作用和共振相互作用實(shí)現(xiàn)Deutsch-Jozsa算法。 (ii)基于原子系綜體系的Deutsch-Jozsa算法